激发创新用与门芯片的新视角探索制程革命
芯片工艺制程的进步从最初的0.35微米逐渐缩小至0.25微米、0.18微米、90nm、65nm、45nm和32nm,再到14nm,甚至更小如10nm和7nm。在追求更高效能与功耗降低的过程中,大约需要将几何尺寸缩小十倍,以达到10nm或7nm。苹果与台积电合作实现5NM芯片仅短短几个月,但我们是否真的应该过于关注纳米级别的工艺制程?
几乎人人都在追求更小的数字,并将其视为质量提升,但现实情况远比这复杂。理论上讲,多种因素在工艺制程中发挥作用。以7NM为例,更细腻的地质结构意味着每平方毫米可以容纳更多晶体管,这带来的是更高密度、高时钟频率、优化散热设计以及更低晶体管电压。
然而,不同制造商可能会有不同的命名标准,如台积电所称的10NM对应英特尔所称的14NM,而台积电称之为7NM技术,在英特尔看来则接近10NM。这表明,即便是相同名称下的工艺制程,也可能存在差异。
例如,英伟达推出的Nvidia Turing芯片基于12NM技术,与大型Vega Radeon VII卡相比,其晶体管尺寸、电压和密度存在不足之处,但仍然能够提高IPC(指令处理周期)的比率。架构对于芯片性能起到了关键作用。而AMD在7NM波长范围内拥有最高功率的Navi芯片,使得想要超越英伟达GPU工程高级副总裁Jonah Alben 的难度相当大。
现在,我们期待Nvidia Ampere作为7纳米,一旦宣布推出消费级GPU,将如何与AMD下一代的大型Navi GPU进行比较,这将非常有趣。在这种情况下,两家公司使用相同的地理尺寸但终有一家的速度会更加迅速。这一切都取决于架构,让栅极和芯片模块能够在给定的晶体管数量和总功耗下运行得更加快速。
预计苹果将于2020年9月发布5_NM A13,而高通Snapdragon 875预计将使用相同工艺并于今年晚些时候发布。由于禁令,华为可能被排除在采用5_NM芯片外,但通常华为是首先寻求最小晶体管客户之一。
较小地理尺寸不仅可以增加电池寿命,还能通过几何学上的空间放置更多晶体管,从而提高性能。此前,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之一,因为GPU消耗大量电量用于分辨率及帧速率需求增长。
CPU与核心之间也有一个神话存在,比如代号Matisse AMD Ryzen 3000系列以7Nm 台积电制造著称,它们I/O部分却是12Nm制造。这使得几乎每个人都会把这个CPU称作7Nm CPU。但事实上,该重要组件不是由此决定,而是根据营销策略来定义。大多数用户并不真正理解这些区别,他们只关心谁获得了最高CineBench分数,对他们来说16核也没有什么实际意义。
移动笔记本电脑市场也是如此,有报道显示Intel Ice Lake已经达到10Nm,现在正在开发节能省電Lakefield,并很快就会出现第二代10+Nm Tiger Lake。而AMD凭借其移动产品已达到七奈米制程并宣布了一系列Ryzen 3至9笔记本电脑解决方案覆盖从10至54W TPD市场。不过即便如此,在大多数重要工作负载上,它仍无法胜过Ice Lake。
尽管如此,AMD还会继续改善它的一些问题,但是Tiger Lake已经赢得了50多个设计奖项,并且因为新的Willow Cove CPU内核,它可以针对AI以及当今工作负载进行优化,因此它证明了七奈米只是台積電的一个看起来不错数字,而且即使是在合理的情况下,也不能完全击败Comet Lake – S,这是一个14Na巨大的改进,不过历史悠久超过五年的Skylake DNA也让人感到尴尬。
目前竞争十分激烈,对业界而言是一个好现象。在合适的情况下,看似似乎英特尔逐渐向追求更小节点发展,那么这一目标既始于移动/笔记本电脑,现在也正应用到服务器市场中的功力密集型场景中去。明年可能推出第一款十纳米桌面机器值得注意的是关于英特尔Rocket Lake-S是否采用新架构并仍然保持十四纳米制程传言暗示着某种变化正在发生,或许原本为了十纳 米设计的一些内核未来会发展到十四納 米。这一点尚未确定,此外新核心架构的问题也很快就会得到答案,一年后半期之后就可知晓了。