在2022年芯片行情的自然风景中探索新的思维方式看待芯片工艺制程

  • 科研动态
  • 2024年12月15日
  • 在2022年芯片行情的自然风景中,我探索新的思维方式看待芯片工艺制程。从最初的0.35微米到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和14nm,随着技术的进步,我们不断缩小几何尺寸,降低功耗。在苹果与台积电合作推出5nm芯片仅短短几个月后,我开始思考强调纳米级制程的重要性。 人们似乎都专注于较小的数字,在我们的意识中7nm比10nm或14nm更好

在2022年芯片行情的自然风景中探索新的思维方式看待芯片工艺制程

在2022年芯片行情的自然风景中,我探索新的思维方式看待芯片工艺制程。从最初的0.35微米到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和14nm,随着技术的进步,我们不断缩小几何尺寸,降低功耗。在苹果与台积电合作推出5nm芯片仅短短几个月后,我开始思考强调纳米级制程的重要性。

人们似乎都专注于较小的数字,在我们的意识中7nm比10nm或14nm更好,但现实情况要复杂得多。理论上,许多因素在工艺制程上发挥作用。以7nm为例,更小的几何尺寸意味着每平方毫米有更多晶体管,更高密度、时钟频率、高效散热设计以及更低晶体管电压。

然而,看似相同的制程可能也存在差别。台积电所称的10nm对应于英特尔所称的14nm,而台积电及其合作伙伴称之为7nm技术在英特尔眼里却是接近10NM。这就引出了一个问题:如果纳米是唯一度量标准,它不应该与大型Vega Radeon VII卡相抗衡。但实际上,因为尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度上都存在缺点,但仍能提高IPC(指令执行周期)的比率。架构对芯片成功起着关键作用。我发现英伟达12NM波长范围内获得了更好的性能,而AMD则拥有最高功率Navi芯片,这意味着想要打败英伟达GPU工程高级副总裁Jonah Alben,是十分困难的事。

现在,Nvidia Ampere已经是7纳米,一旦英伟达宣布推出消费类GPU,那将会很有趣地与AMD下一代大型Navi GPU进行比较。在这种情况下两家公司制造几何尺寸相同,但终有一家的速度会更快。这一切都会取决于架构,使得更好的栅极和芯片模块能够在给定的晶体管数量和总功率下更快地运行工作负载。

预计苹果将于2020年9月发布5NM A13,而高通Snapdragon 875预计将使用相同工艺制程并于今年晚些时候(最有可能在12月)发布。由于禁令,华为可能会被排除在采用5NM芯片之外,但通常情况下,华为是第一批寻求最小晶体管客户之一。

由于手机设计受功耗限制,使得苹果朝向最小几何尺寸发展。我发现iPhone中,每个TDP都是2W,这也是为什么苹果、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——较小几何尺寸可以随着晶体管获得更高功率而增加电池寿命,并且从几何学角度讲,可以同一表面上放置更多晶体管。

过去,由于功率TDP限制,ATI / AMD和英伟达是最早追求最小晶体管公司。不仅因为GPU消耗尽可能多能源来满足分辨率和帧速要求,而且AI和机器学习工作负载也需要处理大量数据且具有快速内部互连、高速内存及大量带宽能力。

CPU与其神话

代号Matisse AMD Ryzen 3000系列以7NM 台积电制造闻名,该系列虽然部分I/O部分以12NM制造但几乎每个人都将其CPU称作7Nm。而事实上该组件重要组成部分不是7Nm,只不过几乎每个人都把它当做如此看待。

第二代Ryzen 3000 (称Ryzen 300XT) 将利用同样的七奈米工艺制程A经AMD证实,其代号Vermeer(Ryzen 400) 的Zen3 将推出,并据此看来,将是在这个年末推出的。

图片源自AMD官网

营销策略对于理解这些差异至关重要,因为事实上,有一定比例的人使用渲染但营销重点放在谁获得了最高CineBench分数。而对于那些回复电子邮件编写文档观看图片Netflix等日常用户来说16核心并不起什么作用尤其讽刺的是,即使再多内核也不提升游戏性能。

移动笔记本电脑市场

Intel 首先达到十纳米Ice Lake,现在追求节能省电Lakefield很快就会出现第二代十纳米+ Tiger Lake。

AMD凭借移动产品达到七奈 米制程并宣布了一系列Ryzen 3至9笔记本解决方案覆盖十至五十四W TPD市场。在这方面,对我而言,大幅改进如雷诺阿(Renoir) 微体系结构是一个巨大的进步然而,在绝大多数重要工作负载中,它仍然无法胜过Ice Lake。

因此,对我来说继续改善只是时间问题;但是Tiger Lake初步迹象以及它可以1080P AAA游戏(如《战地风云》)运行良好的事实给予了我研发任务带来的额外压力。一种新内核Willow Cove CPU能够针对AI及当今工作负载优化,为我们提供了更多可能性。

因此,最重要的是 Intel 在十纳 米层面上的优势证明了七奈 米只是台积 电的一个数字标签而已。我不得不承认,不幸的是,没有任何人能够击败Comet Lake – S这是一项历史性的改进,比Skylake DNA老旧已经超过五年。但Intel找到了让他们保持领先的地位——找到一种方法使他们优化超过5GHz以上时钟频率、大量工作负荷以及它们之间交互关系,从而帮助它们赢得大多数游戏及单线程序应用中的比赛。此刻竞争激烈,如今甚至让 AMD喘不过气来,对整个行业都是一个好消息。在合理条件下,看起来 Intel 正逐渐转向追求更加精细的小节点。这一目标始于移动/笔记本电脑现在正逐渐扩展到服务器市场,也就是说即便服务器市场还没有完全决定采取行动,他们正在考虑采取行动明年的新款基于tennanomi桌面处理器相信不会远离这个趋势。此外关于是否采用新架构并仍然留在地十四奈 米层面的传言暗示了一场重大的变革事件。如果最初用于tennanomi设计的大规模核心演变成十四奈 米版本,则这一核心是否来自Sunny还是Willow Cove的问题很快就会得到答案;今年剩余时间里,我们将了解有关X86架构中的AlderLake异步大小核心方法的一切信息。而另一方面,与IceLake相比 AMD通过其移动产品实现七奈 米层次的大幅提升,却不能轻易超越Tigerlake作为AAAGAME运行1080P,因此对于未来研发任务产生了一定压力。不过,即便这样,一切似乎还是按照既有的轨迹前行,只是在某些领域取得突破。当业界领导者像这样持续更新自己的时候,就显得非常可观!

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