美国的芯片工艺制程仿佛一位严厉的监工不容许华为这样的新兴力量进入其精密的制造流程

  • 学术交流
  • 2024年12月15日
  • 芯片工艺制程从最初的0.35微米逐渐缩小到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm和45nm,之后又到了32nm和14nm。随着技术的进步,大约需要将几何尺寸缩小十倍才能达到更高效能。苹果与台积电合作推出5nm芯片仅需短短几个月,但人们是否真的应该追求更小的纳米级别呢? 在我们的认知中,较小的数字似乎就意味着更好的性能,但现实情况远比这复杂。在理论上

美国的芯片工艺制程仿佛一位严厉的监工不容许华为这样的新兴力量进入其精密的制造流程

芯片工艺制程从最初的0.35微米逐渐缩小到0.25微米,再到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm和45nm,之后又到了32nm和14nm。随着技术的进步,大约需要将几何尺寸缩小十倍才能达到更高效能。苹果与台积电合作推出5nm芯片仅需短短几个月,但人们是否真的应该追求更小的纳米级别呢?

在我们的认知中,较小的数字似乎就意味着更好的性能,但现实情况远比这复杂。在理论上,许多因素都在工艺制程上发挥作用。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,这样就能实现更高密度、时钟频率、散热设计以及功耗降低,同时也能够使用更低的晶体管电压。

尽管看似相同的制程名义上是一致的,但是实际应用中可能存在差异。例如,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,在英特尔眼中却是接近10NM。

历史上,由于功率TDP限制,ATI/AMD和英伟达是最先追求最小晶体管公司。GPU由于其处理大量数据、高速内部互连、高速内存及大带宽等优势,是AI和机器学习工作负载的一大优势。此外,不同架构对于提高IPC(每周期指令数)的能力有不同的影响。

苹果即将发布5NM A13而高通Snapdragon 875预计也将采用相同工艺制程,并计划2021年初发布。但华为因为禁令可能会被排除在采用5NM芯片之外,它通常是第一个寻求最小晶体管客户之一。

较大的几何尺寸可以通过增加晶体管数量来提高功率,从而延长电池寿命,并且可以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,由于功率TDP限制,ATI/AMD和英伟达是第一家追求最小晶体管公司。而今,因为GPU用于AI工作负载,而且它们能够处理大量数据且具有快速内部互连、高速度内存及大带宽,因此它们成为了AI研究中的重要工具。此外,不同架构对于提高IPC(每周期指令数)的能力有不同的影响。

CPU与奈 米规模相比,其意义被过度夸大了。在代号为Matisse AMD Ryzen 3000系列中,以7NM制造而闻名的事实说明,即使该芯片主要组件不是7NM,每个人仍然把它当作7NM CPU看待。而事实上,那些非核心部分,如双通道DDR4内存、PCI Express gen 4.0集成南桥等,其制造过程并不完全属于7NM。这类似于营销策略,它们强调的是数字上的优越感,而忽视了具体功能上的差异性,对于用户来说,这样的区分并没有太多实际意义。

此外,只从营销角度来看,比如最新的一代Intel Core i9-10900K拥有16个核心,其渲染性能甚至超越了拥有16个核心但只有12个物理核心的心智Ryzen 9 395X。然而,对绝大多数用户来说,最终决定他们选择哪款CPU不仅仅取决于这个简单数字,还要考虑其他诸多因素,如游戏性能、新任务或旧任务执行速度以及整合性问题等。而这些都是非常复杂的问题,也很难用一个简单的小数点表示出来。在某种程度上,可以说,这正反映了我们对于“新”、“奇妙”、“未来”的盲目崇拜,以及对科学细节理解不足的情绪反应。

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