芯片工艺制程：从0.35微米到7纳米的革命

在芯片工业的发展历程中，从最初的0.35微米制程逐步缩小至0.25微米，再到后来的0.18微米、0.13微米、90nm、65nm和45nm，接着是32nm和14nm。随着技术的进步，每次新一代工艺制程都意味着更高效能和更低功耗。苹果与台积电合作推出5nm芯片仅用了短短几个月时间，但人们开始质疑，这种强调纳米级别制程重要性的观念是否仍然适用？

事实上，真正的问题远比数字上的大小更加复杂。在理论上，多种因素都会影响工艺制程。以7nm为例，它提供了更多晶体管，更高密度、高时钟频率设计以及更低电压。这也解释了为什么台积电和英特尔虽然看似使用相同的命名法，但实际上可能存在差异。

例如，在英伟达推出的Nvidia Turing芯片中，即便它是基于12nm技术，与大型Vega Radeon VII卡相比，其性能却不容忽视。尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度方面有所不足，但它通过提高IPC（每周期执行指令数）来弥补这一缺陷。架构对于一个芯片成功至关重要，而不是单纯依赖于制造几何尺寸。

即将发布的Nvidia Ampere GPU将采用7纳米制造，这将使其与AMD下一代的大型Navi GPU进行比较变得非常有趣，因为两者同样使用相同的制造几何尺寸。但最终谁会胜出，将取决于各自所采用的架构，以及这些架构如何优化栅极和模块，使得它们能够在给定的晶体管数量及总功耗下运行得更快。

预计苹果将于2020年9月发布5NM A13处理器，而高通Snapdragon 875则计划利用相同工艺并于同年晚些时候发布。此外，由于禁令问题，华为可能被排除在5NM芯片之外，但通常情况下，它是首批追求最小晶体管客户之一。

较小的地形尺寸可以带来更长的电池寿命，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的一个关键原因之一。不过，不只是功率TDP限制，大部分GPU公司都是为了达到最高分辨率及帧速率而追求最小地形尺寸，比如4K分辨率对Full HD来说就是四倍计算需求，而8K则是Full HD计算需求的一半四倍，也就是16倍计算需求。

除了AI工作负载，大部分GPU都用于处理大量数据并具有快速内部互连、大量带宽等特性。而CPU与我们熟知的事实不同，它们并不由单个核心决定性能，而是在许多内核之间协作完成任务，这一点常常被误解。在AMD Ryzen 3000系列中，即使I/O部分采用12奈米制造，其核心组成部分还是使用了7奈米 制造，但是几乎每个人都会称其CPU为7奈 米 CPU，其中包括双通道DDR4内存、PCI Express gen 4.0 和集成南桥等。

对于移动笔记本电脑市场而言，Intel首先实现10纳 米Ice Lake，现在正在努力节能省电Lakefield，同时接下来会推出第二代10纳 米 + Tiger Lake。而AMD凭借其移动产品达到7奈 米制程，并宣布了一系列Ryzen 3至9笔记本电脑解决方案，以覆盖10至54W TPD市场。但这并不代表Intel不会继续改善其移动产品，如Tiger Lake已经赢得50多个设计奖项，并且拥有新的Willow Cove CPU内核，可以针对AI和当今工作负载进行优化。这证明了Intel最新的一代移动处理器已经超越AMD目前可用的任何解决方案，对抗竞争者的挑战变得愈发激烈。在合理的情况下，对业界而言这是一个好现象，因为它促使所有参与者不断创新，最终用户受益匪浅。