中国芯片制造水平的演进：从0.35微米到5纳米的探索与突破

在追逐技术先锋的道路上，中国芯片制造水平正经历着一场精心策划的变革。自最初的0.35微米制程，至今已达到了令人瞩目的5纳米级别。这个过程中，我们见证了不懈努力和不断创新，每一步都在极大的挑战下实现。在这条路径上，大约每十年一次地缩小几何尺寸，功耗也随之降低，从而推动着技术发展。

苹果与台积电合作，在短短几个月内宣布实现5nm芯片，这只是一个标志性的里程碑，但问题在于，我们是否真的需要过分关注纳米级别？人们普遍认为7nm比10nm或14nm更好，但现实往往比这种直观逻辑复杂得多。

理论上讲，工艺制程是一个多维度的问题，不仅涉及晶体管尺寸，还包括时钟频率、散热设计、功耗以及晶体管电压等因素。例如，以7nm为例，更小的地质尺寸意味着每平方毫米可以容纳更多晶体管，因此密度高、时钟频率快、散热设计优化且功耗低。

然而，并非所有看似相同的制程都是相同的。台积电称作10nm，而英特尔则是14nm；台积电称作7nm，则对应于英特尔接近10nm。这就像是一场隐形的大师赛，每个玩家都有自己的秘籍和技巧。

如同18个月前英伟达推出的Nvidia Turing，它使用的是台积電12纳米工艺，如果只看数字，它似乎无法与大型Vega Radeon VII卡相抗衡。但事实并非如此，因为尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度上存在不足，但仍然通过提高IPC（每周期指令数量）来克服这一点。而架构，对芯片成功起着关键作用。英伟达在12纳米波长范围内获得了更好的性能，而AMD以其最高功率Navi芯片占据了7纳米波长领域，这使得想要超越英伟达GPU工程高级副总裁Jonah Alben 的难度相当巨大。

现在，一旦英伟达宣布发布消费级GPU，与将要发布的大型Navi GPU进行比较，将会非常有趣。在这样的情况下，由于两家公司采用相同的地质尺寸，最终谁能跑得更快将取决于架构，使得栅极和芯片模块能够在给定的晶体管数量和总功率下运行更快工作负载。

预计苹果将于2020年9月发布5奈 米A13，而高通Snapdragon 875则计划使用相同工艺并计划2020年底发布。不过，由于禁令，华为可能被排除在最小晶体管客户之外，但通常华为是第一批寻求最小几何尺寸的一方。

由于手机设计受限于功耗限制，使得苹果朝向最小几何尺寸发展。而iPhone中的TDP（总动力输出）只有2W，与笔记本电脑可能仍然通过7至9W TDP进行被动冷却形成鲜明对比。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——增加电池寿命，并且从几何学角度，可以放置更多晶体管在地理表面上。

过去，由于TDP限制，ATI/AMD和NVidia是最早追求最小晶体管公司。GPU因为消耗大量能源而受到关注，因为它们需要处理高分辨率和帧速率。此外，他们还用于AI机器学习工作负载，其中它们能够处理大量数据并拥有快速内部互连、高速内存以及大量带宽支持这些需求增长，即4倍Full HD或16倍8K计算需求增长四倍后，其计算需求又翻了一番，即4乘以4K或16乘以Full HD计算需求翻番再加四倍成为16乘以Full HD即32乘以Full HD计算需求翻番后又再次增加成为64乘以 FullHD即128x1080p即256x1080p即512x1080p 即1024x1080p 计算要求增加八成后的新的要求跟原来的1-3%一样还是8k显示器所需计算能力跟你说的"80,000 frames per second"完全不同。

CPU与颗粒材料神话

代号Matisse AMD Ryzen 300系列采用了由台积电子生产的7納 米制程，同时其I/O部分采用12納 米制程。

实际上，该组件重要部分不是用7納 米制备，只有几乎每个人都会把它称作“基于七奈 米”的CPU。

IO包括双通道DDR4内存PCI Express gen 4.0集成南桥南桥负责两个SATA 6 Gbps端口USB 3.1gen 2端口LPC IO (ISA) SPI (用于UEFI BIOS ROM)

第二代Ryzen 300系列（称为Ryzen XT）预计将很快提供，并继续使用同样的七奈 米工艺ZEN3 将会推出并目前看起来今年晚些时候推出图片来自AMD官网

仅从营销角度看待工艺制程上的提及内容，有人认为Intel最新桌面处理器Comet Lake – S 使用的是14納 米但主要对应TSMC 的10納 米所以Ryzen Matisse 处理器相对于此具有优势但Matisse 在游戏中表现不佳且单线性指令执行时间较慢AMD 在渲染等工作负荷中胜出Ryzen9-395X 有16核心甚至超过Core i9 -10900 K(10 内核)解决方案渲染效能

营销策略非常关键，因为虽然有一定比例的人使用渲染工具但是在市场中重点放在谁取得最高CineBench成绩上对于回答电子邮件编写文档观看图片Netflix视频等活动来说额外核数无太大帮助尤其讽刺的是，无论多少核心都不能提升游戏性能

移动笔记本电脑市场

Intel 首先达到Ice Lake 上述十納 微米现在正在追赶节能省力的Lakefield 不久就会出现第二代十ナミ + Tiger Lake

AMD 因此利用移动产品达到七ナミ 制程 并宣布了一系列 Ryzen3 至 Ryzen9 笔记本解决方案覆盖 ten至五十四瓦TDP 市场 对 AMD 而言 七 ナミ雷诺阿(Renoir) 微体系结构是一个巨大的进步但是依旧无法胜过 Ice Lake

AMD 将继续改善但是 tenナミ以上 Tiger Lake 初步迹象及其可运行AAA 游戏(如《战地风云》) 以一千八百P 运行的事实给予 AMD 笔记本研发带来了更多压力

因此 Intel 十NaMi 解决方案优越过 AMD 七NaMi 模式证明了七NaMi 只是 TSMC 一种看起来不错数字 尴尬的是 第二代 Ryzen 无法击败 Comet Lake – S 这是一个十四NaMi 大幅改进版本历史已经超过五年的 Skylake DNA 英特尔找到一种方法来优化超过500MHz 的结点工作负载 和 时钟速度 这足够让他们赢得游戏 和 单线程序 中竞争者们

当前竞争十分激烈 英特尔甚至让 AMD喘不过气来 对业界而言 是一个好现象 在合理的情况下 英特尔似乎逐渐将目标指向更加紧凑节点 目标起始於移動/筆記型電腦 現正轉移到影響著動力與密度相關_server_市場 也將采取類似的措施 明年可能會推出第一款ten Na Mi 台式機值得注意的是关于 Intel 是否采用新架构并仍处於 fourteenNaMi 制 程传闻暗示该公司可能发生重大变化最初為 tenNa Mi 設計內核是否從 Sunny 或 Willow Cove 而來尚未清楚該核心是否源自Sunny 或 Willow Cove 預計今年晚些時候新核心架構將會揭曉