在2023年最新处理器排行榜的自然景观中探索芯片工艺制程的新思维方式

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  • 2024年12月15日
  • 在2023年最新处理器排行榜的自然景观中,我深入探索芯片工艺制程的新思维方式,发现从最初的0.35微米到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和14nm,这一过程中,大约需要缩小十倍的几何尺寸及功耗,才能达到10nm甚至7nm。在这趟旅途中,我注意到了苹果与台积电合作以及宣布实现5nm芯片仅短短几个月的事迹,但我也意识到

在2023年最新处理器排行榜的自然景观中探索芯片工艺制程的新思维方式

在2023年最新处理器排行榜的自然景观中,我深入探索芯片工艺制程的新思维方式,发现从最初的0.35微米到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和14nm,这一过程中,大约需要缩小十倍的几何尺寸及功耗,才能达到10nm甚至7nm。在这趟旅途中,我注意到了苹果与台积电合作以及宣布实现5nm芯片仅短短几个月的事迹,但我也意识到,强调纳米级制程的重要性可能并不总是最关键的问题。

人们普遍专注于较小的数字,并将7nm视为更好的选择,但实际情况远比这一逻辑复杂。理论上讲,在工艺制程上许多因素都发挥作用。我以7nm为例,更小的几何尺寸意味着每平方毫米有更多晶体管,意味着更高密度、高时钟频率、更低散热设计功耗以及更低晶体管电压。然而,即使看似相同的制程,如台积电称之为10NM对应英特尔所称14NM,也可能存在差别。

例如,大约18个月前,英伟达推出Nvidia Turing,该芯片基于台积电12NM技术。如果纳米是唯一度量标准,它就无法与大型Vega Radeon VII卡相抗衡。但事实证明尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度上存在缺点,他们仍能提高IPC(指令执行周期)的比率。架构对芯片成功起着至关重要的地位。我注意到英伟达在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,就很困难。

现在,Nvidia Ampere已经是7纳米,一旦英伟达宣布推出消费级GPU,那么如何与AMD下一代大型Navi GPU进行比较,将会非常有趣。在这种情况下两家公司制造几何尺寸相同,但终有一家的速度会快得多。这一切都取决于架构,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工作负载更加迅速。

预计苹果将于2023年9月发布5NM A13,而高通Snapdragon 875预计将使用相同工艺并于今年晚些时候(最有可能是在12月)发布。由于禁令,华为可能会被排除在采用5NM芯片之外,但通常情况下华为是第一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。此外,小巧但强大的iPhone TDP仅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。2W TDP不是很多,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部分原因之一。

较小几何尺寸可以随着晶体管获得更多功效而增加电池寿命,并且从几何学角度讲,可以在同一表面上放置更多晶体管。在过去,由于TDP功耗限制,比如ATI/AMD和Intel都是追求最小晶体管公司。而且GPU消耗尽可能多电量,因为总是需要更高分辨率和帧速率,以满足日益增长的人类需求,如4K或8K等显示技术,以及AI机器学习工作负载,对此我们必须准备好利用这些设备来处理大量数据并快速响应各种任务要求。

CPU与晶体管之间存在神话。当代CPU不再简单地由单个核心组成,而是一系列核心集群,每个核心可以独立运行不同的任务。这一点对于移动笔记本电脑尤其重要,因为它们需要最大限度地节省能源,同时保持性能。此外,还有一种名叫Lakefield的大型移动解决方案,它结合了不同类型核心以提供最佳表现-能效权衡,其中包括一个特别设计用于AI计算的小核,以便同时支持无人驾驶汽车等应用程序,从而确保系统资源得到充分利用,而且还具有适应性的能力,以根据当前正在执行哪种类型任务调整自己的行为模式。

最后,我们不得不考虑营销策略如何影响我们的认知:虽然理论上的优势往往容易被忽视,最终用户们常常只关注产品性能而非具体规格参数。此外,即使某项技术具有优越性,如果市场接受程度不足,也难以实现广泛应用。而对于那些真正理解他们产品背后科技含义的人来说,他们知道即便同样大小数值带来的实际效果也不尽相同,因此他们才不会轻易相信任何标签上的数字,更愿意深入了解产品背后的科技创新成果。