2023年芯片排行榜揭秘新思维如何革新芯片工艺制程
芯片工艺制程的进步从最初的0.35微米到0.25微米,再到更小的尺寸如0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和32nm,最近甚至达到了14nm和7nm。随着工艺制程的提升,大约需要将几何尺寸缩小十倍,并且功耗减少才能达到更先进的技术水平,如10nm或7nm。在苹果与台积电合作推出5NM芯片仅短短几个月后,我们开始思考:强调纳米级制程是否真的重要?
尽管每个人都在关注数字上的缩小,并且我们的认知中认为7NM比10NM或14NM更好,但现实情况远比这个逻辑复杂。理论上,许多因素都在工艺制程中发挥作用。以7NM为例,更小的地形意味着每平方毫米有更多晶体管,这意味着更高的密度、时钟频率设计以及散热功耗,以及更低的晶体管电压。
台积电和英特尔使用不同的命名法则
虽然看似相同但实际上存在差异。台积电称之为10NM的是英特尔称作14NM,而台积电及其合作伙伴所谓的7NM技术对于英特尔而言只是接近于10NM。
大约一年半前,英伟达推出了Nvidia Turing,该芯片是基于12纳米技术。如果仅以纳米大小来衡量,它似乎不应该与大型Vega Radeon VII卡相提并论。但事实上,即便英伟达在晶体管尺寸、电压和密度方面存在不足,它仍然能够提高IPC(每周期指令数)的比率。这表明架构对芯片成功至关重要。英伟达在12纳米波长范围内获得了更好的性能,而AMD在7纳米波长范围内拥有最高功率的大型Navi GPU,这意味着想要超越英伟达GPU工程高级副总裁Jonah Alben,是非常困难的事。
现在Nvidia Ampere已经是基于7纳 米制造,一旦它宣布发布消费类GPU,那么如何与AMD下一代大型Navi GPU进行比较,将会非常有趣。在这种情况下,两家公司制造几何尺寸相同,但最终有一家的速度将会更加快捷。
这一切都取决于架构,使得栅极和芯片模块能够在给定的晶体管数量和总功率下运行得更加迅速。这一切预示着未来的竞争,将成为行业焦点的一部分。
预计苹果将于2023年9月发布5NA A13,而高通Snapdragon 875预计将使用同样的工艺制程并于今年晚些时候(最可能是在12月)发布。此外,由禁令原因排除在外的是华为,也通常是第一批寻求最小晶体管客户之一。
由于手机设计受限于能耗限制,使得苹果朝向最小几何尺寸发展。而iPhone中的TDP只有2W,对比之下笔记本电脑可能仍然通过被动冷却系统工作,其TDP可达到2-9W。大二W TDP并不多,所以这是为什么苹果、高通和华为允许的情况下首先追求最小晶体管的一个关键原因之一。
较大的几何尺寸可以使得晶体管获得更多功率,从而增加电池寿命,而且从几何学角度讲,可以放置更多晶体管到同一表面上。
过去,由于功率TDP限制,ATI / AMD及Intel是首个追求最小晶体管公司,因为GPU消耗大量能量,以满足分辨率升级及帧速需求。在60Hz时4K 3840x2160分辨率是Full HD 1920x1080 60 Hz四倍计算需求增加四倍,而8K其计算需求增加16倍。
此外,CPU也涉及到一个神话——即CPU核心数量决定性能。不过,即使Ryzen 3000系列采用了7NA Manufacturing,但是其IO部分采用了12NA manufacturing。一切几乎人都会把其CPU称之为“七奈秒” CPU,但是事实上IO包括双通道DDR4内存PCI Express gen 4.0集成南桥等都是用不同制作方法制造出来,不全都是七奈秒制造出的产品。
另一方面,只从营销角度来说看待事情的话,如果我们只考虑数字上的变化,那么Intel最新桌面处理器Comet Lake – S就只能算作14NA Manufacturing,因为Intel按照自己的标准来测量。而如果我们参照Taiwan Semiconductor Manufacturing Company(TSMC)那就是他们常用的10NA Manufacturing标准,那么Ryzen 300₀ Matisse处理器就显得优越无匹。但实际情况却不是这样,因为Matisse处理器游戏性能不佳,在单线性工作负载中表现也不理想,比起具有更多内核渲染能力解决方案还要落后一步,比如Core i9-10900K(十核)。
营销策略变得至关重要因为实际应用场景显示,有一定比例的人使用渲染功能,但是在营销中重点放在谁取得最高CineBench分数上。那对于日常用户来说,无论他们回答电子邮件编写文档还是观看图片视频,他们都不需要那么多核心。这一点尤其讽刺,因为再多核心也不能提升游戏性能。
移动笔记本市场也是如此
Intel 首次实现Ice Lake-S 上的小规模节点,然后紧接着Lakefield 进行节能省电开发,并很快就会出现第二代Lakefield + Tiger Lake-S 的新版本
AMD 在2021年宣布了一系列 Ryzen Notebook Solutions,从RYZEN3 到 RYZEN9覆盖从10至54W TPD市场。但即便如此,在大多数关键工作负载中 AMD 的 Renoir 微体系结构仍旧无法超过 Intel 的 Ice Lake.
AMD 将继续改善但是目前看起来 Intel 在AAA级游戏如《战地风云5》中的108P运行表现让 AMD 笔记本电脑研发面临额外压力.Tiger lake 已经赢得了50 多项设计奖项.
因此 Intel 使用新的Willow Cove CPU 内核可以针对 AI 和当今工作负荷进行优化.
因此 Intel 的移动解决方案胜过 AMD 的 Ryzen 解决方案,这证明了 “七奈秒” 只是一个 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) 提供的一个良好标识符 —— 而非决定性的工业标准.
最后值得注意的是关于 intel 是否采用新架构并保持十四奈秒 制造传言是否暗示 intel 正式转变方向 —— 这种转变始自移动/笔记本市场,现在也影响服务器领域 —— 明年的产品可能会包含第一个 十五奈秒 台式机核心.
然而这份报告依旧带有疑问 --- 是否Sunny 或者 Willow Cove 核心来自十九奈秒?
这些问题很快就会得到答案 —— 一定时间之后,我们将了解真正发生的事情是什么 --- 是不是行业巨头们正在迎来了一个新的革命?