在自然的怀抱中芯片解密公司启用新思维探索芯片工艺制程的奥秘
在自然的怀抱中,我深入探究芯片解密公司如何以新的思维方式看待芯片工艺制程的奥秘。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、32nm和14nm,芯片工艺制程不断进步。在这过程中,大约需要缩小十倍的几何尺寸及功耗,才能达到10nm甚至7nm。
我注意到苹果与台积电合作仅短短几个月,就宣布实现5nm芯片,但真正的问题是,强调纳米级制程的重要吗?人们几乎人人都专注于较小的数字,并将7nm视为更好的选择,但实际情况比这一逻辑要复杂得多。
理论上来说,许多因素都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,这意味着更高的密度、高时钟频率设计、高散热设计和低晶体管电压。这也是为什么台积电和英特尔命名法可能会存在差别。例如,台积电称10NM对应于英特尔称14NM,而对于英特尔而言,被称作7NM技术其实接近10NM。
我也看到大型Vega Radeon VII卡虽然使用了12NM制造技术,却能与英伟达推出的Nvidia Turing(基于12NM)相抗衡。这说明尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度上存在缺点,但仍然通过架构优势提高了IPC比率。架构对芯片成功至关重要,如同AMD在7NM波长范围内获得了更好的性能,而AMD Navi芯片拥有最高功率。
随后,我了解到Nvidia Ampere现在是7纳米,一旦英伟达宣布推出消费类GPU,那么与相同制造几何大小但速度更快的大型Navi GPU进行比较,将会非常有趣。在这种情况下,只有一家公司速度会更快,这一切取决于架构,使得栅极和模块能够在给定的晶体管数量和总功率下运行工作负载更加高效。
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发布。但由于禁令,华为可能会被排除在采用5NM芯片之外,因为华为通常是第一批寻求最小晶体管客户之一。此外,由手机设计受功耗限制所致,使得苹果朝向最小几何尺寸发展,同时iPhone中的TDP仅为2W,对笔记本电脑则可能仍然保持由七至九W TDP进行被动冷却。
较小几何尺寸可以增加电池寿命,并且可以在同一表面上放置更多晶体管,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关键原因之一。而过去,由于功率TDP限制,ATI/AMD 和 NVIDIA 是最早追求最小晶体管公司,因为GPU 需要处理大量数据且具有快速内部互连、大量带宽等特性,以满足AI 和机器学习工作负载要求。
然而,在CPU领域,与其说它依赖于物理上的“神话”,不如说营销策略起着决定性的作用。我注意到 AMD Ryzen 3000系列虽然以7 NM 台积电子生产而闻名,其I/O部分却以12 NM 制造,而且几乎每个人都把 CPU 称作 7 NM。事实上,该芯片的一些重要组成部分不是 7 NM,但是人们往往只关注数字,而忽视具体细节。
此外,我也看到 AMD 将继续改善移动产品,不过 Intel 的 Ice Lake 已经达到 10 nm 制程,并且新款 Tiger Lake 即将推出,它使用新的 Willow Cove CPU 内核,可以针对 AI 和当今工作负载进行优化。这使得 Intel 在移动笔记本电脑市场占据领先地位,其中Intel 的新核心似乎逐渐让 AMD 失去竞争力,即便是在游戏应用中,也因为单线程性能优势而胜出。不过,在合理的情况下,让业界竞争激烈始终是个好现象,不论哪个厂商,都能促进技术创新及产品质量提升。