26家芯片巨头联手引领新时代用创新的视角探索芯片工艺制程的未来
芯片工艺制程的进步从最初的0.35微米到0.25微米,再到更小的尺寸如0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm和32nm,最近甚至达到了14nm和7nm。随着工艺制程的提升,大约需要将几何尺寸缩小十倍,并且功耗减少才能达到10nm乃至7nm。在苹果与台积电合作推出5nm芯片仅用几个月时间后,我们不禁思考:强调纳米级制程真的那么重要吗?人们普遍专注于较小数字,认为7nm比10NM或14NM更好,但实际情况远比这一逻辑复杂。
理论上,许多因素在工艺制程中发挥作用。例如,在以7NM为例,更小的几何尺寸意味着每平方毫米可以容纳更多晶体管,从而实现更高密度、高时钟频率设计以及更低功耗晶体管电压。然而,看似相同但实则有差异的制造法,如台积电所称的10NM对应于英特尔所称的是14NM,而台积电及其合作伙伴称之为7NM技术对于英特尔而言却接近10NM。
大约18个月前,英伟达推出了基于12Nm芯片的大型Nvidia Turing,该芯片在性能上虽未能与AMD在同一波长范围内(即7Nm)的Navi卡相抗衡,但仍然通过提高IPC(每周期指令数)来弥补不足。架构对芯片成功至关重要。而现在,Nvidia Ampere已经是基于7NaMi制造,这让消费级GPU发布后,与AMD下一代大型Navi GPU(也是基于相同制造法)进行比较,将会非常有趣。
预计苹果将于2020年9月发布5Nm A13,而高通Snapdragon 875则预计将使用相同工艺并于今年晚些时候发布。此外,由于禁令影响华为,其可能被排除在采用5Nm芯片之外,但通常华为是首批追求最小晶体管客户之一。
较小几何尺寸可以增加晶体管功率,从而延长电池寿命,并且能够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。过去,由于TDP限制,ATI/AMD和英伟达是最早追求最小晶体管公司,因为GPU需要处理大量数据,以满足高分辨率和帧速率需求。
CPU与晶体管之间存在神话,一些核心组件虽然使用了较新的制造法,却不是主要组成部分,如AMD Ryzen 3000系列,以其I/O部分使用12Nm制造。但几乎每个人都将其CPU称作七奈米。这使得营销策略变得至关重要,因为事实上,有一定比例的人只关注渲染等工作负载,而非日常应用中的16核优势。在游戏性能方面,即使再多内核也无法提供显著提升,因此营销侧重谁获得最高CineBench分数,这种做法颇具讽刺性。
移动笔记本电脑市场中,Intel首先达到10Nm,现在正在追求节能省电Lakefield,同时准备推出第二代10+Tiger Lake。而AMD凭借其移动产品达到七奈米并宣布了一系列Ryzen 3至9笔记本解决方案覆盖从十到五十四瓦TDP市场。不过,不幸的是,即便拥有七奈 米雷诺阿(Renoir)微体系结构,它们仍然无法胜过Ice Lake。在AA级游戏如《战地风云5》中运行1080P的事实给予了 AMD笔记本电脑研发带来了压力。而Intel Tiger Lake已经赢得了50多项设计奖项,用新架构针对AI及当今工作负载优化显示出它优越性,因此证明了七奈 米只是台积电子看起来不错的一个数字。一段时间后,即便第二代Ryzen不能击败Comet Lake – S——一个巨大的改进但历史超过五年的普通Skylake DNA——Intel依然保持领先,因为他们找到了一种优化超五千八百赫兹以上时钟频率以及工作负载方法,使它们在大多数游戏及单线程序中获胜。这场竞争十分激烈,让业界感到欣慰。在合理条件下,Intel似乎逐渐向追求更细节点转变,这目标起初来自移动/笔记本电脑,现在也开始影响服务器市场,其中权益始终以功率与密度作为重点考量点。此外关于英特尔是否采用新架构并仍处于14NaMi制程的问题尚待确认。