深圳芯片公司前十名的智慧之眼用新视角审视工艺制程

  • 天文科普
  • 2024年12月15日
  • 芯片制程从0.35微米到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和32nm,随后进一步缩小至14nm甚至7nm。在提升芯片工艺制程的过程中,大约需要将几何尺寸减少十倍,功耗也相应降低,从苹果与台积电的合作到5nm芯片的宣布,只在几个月前,但问题在于,强调纳米级制程的重要性真的有意义吗? 人们普遍关注数字越来越小

深圳芯片公司前十名的智慧之眼用新视角审视工艺制程

芯片制程从0.35微米到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和32nm,随后进一步缩小至14nm甚至7nm。在提升芯片工艺制程的过程中,大约需要将几何尺寸减少十倍,功耗也相应降低,从苹果与台积电的合作到5nm芯片的宣布,只在几个月前,但问题在于,强调纳米级制程的重要性真的有意义吗?

人们普遍关注数字越来越小,并且在我们的意识中认为7nm比10nm或14nm更好,但现实情况要复杂得多。

理论上,许多因素都会影响工艺制程。以7nm为例,更小的地图意味着每平方毫米更多晶体管,这意味着更高密度、高时钟频率、更好的散热设计以及更低晶体管电压。

台积电和英特尔有不同的命名标准

看似相同的工艺可能存在差别。台积电称10NM对应英特尔称14NM,而台积电子及其伙伴称之为7NM技术对于英特尔而言却是接近10NM。

大约1年半前,英伟达推出了Nvidia Turing,该芯片基于12NM技术。如果仅凭纳米数值来衡量,它就不应该与较大的Vega Radeon VII卡相提并论。当然,并非如此,因为尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度方面存在不足,但仍然提高了IPC比率。架构对芯片成功至关重要。英伟达在12NM波长范围内获得了更好的性能,而AMD在7NM波长范围内拥有最高功率Navi芯片,这表明想要超越英伟达GPU工程高级副总裁Jonah Alben所述,是非常困难的。

现在Nvidia Ampere已经是使用7纳米制造,一旦宣布推出消费类GPU,与AMD下一代大型Navi GPU(同样采用7NA制造)进行比较会很有趣。在这种情况下两家公司使用相同制造几何尺寸,但终有一家的速度会快过另一家。

这一切都取决于架构,使得栅极和芯片模块能够以给定的晶体管数量和总功耗下运行得更加迅速。

预计苹果将于2020年9月发布5NA A13,而高通Snapdragon 875预计将使用相同工艺并于今年晚些时候(最可能是在12月)发布。由于禁令,华为可能会被排除在采用5NA技术之外,但通常情况下华为是首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。一部iPhone中的TDP只有2W。而笔记本电脑则可能仍然通过工作负载较高但TDP只有2W~3W的情况进行被动冷却。大部分时间我们都只需要处理文档、写邮件或者观看图片,因此16核心对于这些任务来说几乎没有帮助。

较小地图可以使晶体管获得更多功率,从而增加电池寿命,而且可以在地理上放置更多晶体管。

过去,由于功率TDP限制,ATI / AMD及 NVIDIA 是追求最小地图的一些公司。当GPU用于AI或机器学习时,它们能处理大量数据,并具有快速内部互连、大量带宽及快速内存。这也是为什么AI工作负载喜欢利用GPU原因之一。

CPU与地图之间神话

代号Matisse AMD Ryzen 3000系列以Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) 的 7 NM 制造闻名,其 I/O 部分则用到了 TSMC 的 12 NM 制造。但事实上该组件的一个重要部分不是由 7 NM 制造出来,但是几乎每个人都会把这个 CPU 称作 7 NM。这包括双通道 DDR4 内存、PCI Express gen4 和集成南桥控制器等部分,其中南桥控制器负责两个 SATA6Gbps 端口四个 USB3.1gen2 端口LPCIO(ISA)及 SPI(用于 UEFI BIOS ROM 芯片)。

第二代 Ryzen3000 将很快推出,将继续使用同样的七奈米工艺。此外 AMD 已经证实其代码名 Vermeer(Ryzen400)的 Zen3 将发售,在2021年初期见面,看起来像是它将之后才出现的事情吧。

图片来自 AMD 官网

从营销角度来看,有时候所提到的具体数字并不完全反映实际性能差异。在新发布的一款 Intel 台式机处理器 Comet Lake-S 中,如果按照 Intel 的说法,那么该产品就是基于一个叫做 "14" 的节点。但根据某些分析师,他们指出这其实相当于是 TSMC 的 "10" 纳米,所以 Ryzen3000 Matisse 处理器似乎具有优势,不过 Matisse 在游戏应用程序中表现并不突出,因为它们主要针对单线程指令优化,以及渲染等重计算任务优化。而当涉及到渲染这样的工作负荷时,即使只是略多一点核数,也能击败 Core i9-10900K(即使它只有十个核心)。

营销策略无处不显重要,因为实际上有一定比例的人群参与渲染活动。但是在市场营销中,最关键的是谁取得了最高 CineBench 分数。不论如何,对那些回答电子邮件编写文档以及观看图片/Netflix 而言,就算再多核也不会产生什么区别尤其讽刺的是,即便再多核也不足以提升游戏性能。

移动笔记本市场

Intel 首先达到 Ice Lake 上面的10 nm,现在正致力于节能省电的 Lakefield 也许就在不久之后就会看到第二代 ten nm + Tiger Lake 出现了。

AMD 利用其移动产品达到到了七奈 米制程,并宣布了一系列 Ryzen3 到 Ryzen9 笔记本解决方案覆盖自十至五十四瓦特 TPD 市场。对于 AMD 来说, Renoir 微体系结构是一个巨大的进步,但它仍未能够胜过 Ice Lake 在绝大多数关键工作负载上的表现.

AMD 继续改善自己的产物,但是 tiger lake 初步迹象以及它能够让 AAA 游戏如《战地风云》108P 运行良好的事实给予了他们研发团队额外压力.Tiger lake 已经赢得超过50项设计奖项.

最根本的问题是,它使用新的 Willow Cove CPU 内核,可以更加有效地针对 AI 及今日常见工作负荷进行优化.

因此 Intel 十二 nanometer 解决方案已证明,在笔记本电脑领域,无论如何七奈 米只是一个看起来不错数字.

遗憾的是, 第二代 七奈 米Ryzen 无法超越 CometLake – S 这个十四奈 米改进版—历史悠久超过五年的 Skylake DNA 正式结束—Intel 找到了一个方法,以保持至少5GHz以上点亮所有核心,同时保证最佳稳定性跟效能佳绩—这确保了它们持续占据绝大多数游戏与单线执行应用程序中的领先位置.

当前竞争激烈程度可谓异常激烈 — 英特尔甚至让亚马逊喘不过气来,对业界而言是个令人振奋的事态发生 — 英特尔似乎逐渐转向追求更细腻的小点——起源自移动/笔记本电脑,现在正在服务器市场那里的力量与密度方面扮演角色——明年可能还会推送第一款十十二 nanometer 台式机解决方案.

值得注意的是关于 RocketLake-S 是否采用的新架构并且依然位于十四 nanometer 制程状态是否暗示着未来重大变化 — 最初作为tennanometer 设计的一个内核是否发展到了十四nanometer — 我们尚未清楚此核心来自Sunny还是Willow Cove — 此问题很快就会得到答案:今年下半年的新核心架构将揭晓一切疑问.

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