芯片巨头宣布验证华为正确的智慧正如它们用新视角观察芯片工艺制程
芯片工艺制程从最初的0.35微米到0.25微米,后来又到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm、32nm和14nm。在提升芯片制造技术的过程中,大约需要缩小十倍的几何尺寸及功耗,才能达到10nm甚至7nm。从苹果与台积电合作至宣布实现5nm芯片仅短短几个月时间,但真正的问题在于,强调纳米级制的重要性吗?
几乎人人都专注于较小数字且在我们的意识中7nm比10nm或14nm更好,但真实情况比这一逻辑要复杂多了。
理论上而言,许多因素都在工艺制程上发挥作用。以7 nm 为例,更小的几何尺寸意味着每平方毫米有更多晶体管,这意味着更高密度、高时钟频率设计、高散热能力以及更低晶体管电压。
台积电和英特尔命名法
看似相同制程可能也存在差别。台积电所称的 10 nm 对应于英特尔所称的 14 nm,而台积电子及其合作伙伴称之为 7 nm 的技术对于英特尔而言却是接近 10 nm。
大约十八个月前,英伟达推出了 Nvidia Turing,该芯片是基于台積電12 nm 制程。如果纳米是唯一度量标准,它就不应与大型Vega Radeon VII卡相抗衡。当然情况并非如此,因为尽管英伟达在晶体管尺寸、电压和密度上都存在缺点,但仍设法提高了IPC(指令执行周期)的比率。架构对芯片成功起着关键作用。而 AMD 在 Navi 芯片上的表现则证明了,以较大的节点实现高性能也是可行的。
Nvidia Ampere 现已采用的是 7 纳米,一旦英伟达宣布推出消费级 GPU,那么如何与同样采用 7 纳米制造技术但拥有不同架构设计的大型 Navi GPU 进行比较将会非常有趣。在这种情况下,不同公司制造几何尺寸相同但终有一家的速度会更快,这取决于其内置栅极结构和整合模块能否在给定数量晶体管和总功耗下运行得更快。
预计苹果将于2020年9月发布5NM A13,而高通Snapdragon875预计将使用相同工艺并于今年晚些时候(最有可能在12月)发布。但由于禁令,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。
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,其 TDP 为2W。这对笔记本电脑来说,即使其 TDP 可能仍然达到7至9W,也可以通过被动冷却解决。这就是为什么苹果、高通和华为,在允许的情况下首先追求最小晶体管的一键原因之一。
较小几何尺寸可以让晶体管获得更多功率,从而增加电池寿命,并且由此能够在同一表面上放置更多晶体管。
过去,由于功率TDP限制,对ATI/AMD 和 英伟达都是第一个追求最小晶体管公司。当GPU消耗尽可能多电力时,因为总是在需求分辨率与帧速率增益,就像60Hz时4K3840x2160分辨率即Full HD1920x108060 Hz四倍计算需求增长至之前四倍再次增长至8K,将需要之前Full HD计算需求四倍,即16倍计算需求增加。此外,还因为AI机器学习工作负载它们能够处理大量数据同时具有快速内部互连快速内存大量带宽。
CPU 与 晶体pipe神话
代号Matisse AMD Ryzen300系列以TSMC生产知名,由于是AMD Ryzen400系列Zen3将推出,看起来很快就会出现,而且目前看来将会是在今年晚些时候推出的图片源自AMD官网
仅从营销角度看提到的工艺数值上看Intel最新桌面CPU Comet Lake-S为14NM考虑到Intel14NM主要对应TSMC10NM,所以Ryzen300 Matisse处理器将更加优势明显然而Matisse游戏以及单线程序性能均不佳,其竞争对手Ryzen900X拥有16核心,在渲染应用中胜过Core i10900K(10核心)解决方案
营销策略这里起到了关键作用,因为事实上,有一定比例的人使用渲染但营销中关键的是谁获得最高CineBench分数对于最后用户回复邮件编写文档观看图片Netflix等操作而言16核并不起效尤其讽刺的是,再多内核也无法提升游戏性能
相比Comet Lake-S AMD XT处理器可能提高单线程及游戏性能预计Intel随Rocket Lake-S发展采纳新架构关于X86架构中的Alder Lake异步大小核心方法听起来开创性
移动笔记本市场
Intel首先IceLake达到10 NM现在追求节能省电Lakefield很快就出现第二代11 NM + Tiger Lake
AMD凭借其移动产品达到七奈 米制程并2020年宣布了一系列Ryzen3-9笔记本电脑解决方案覆盖来自十到五十四 W TPD市场对于AMD而言Seven nanometer Renoir 微体系结构是一个巨大进步但是它还不能胜过IceLake
AMD 将继续改善但是十奈 米以上Tiger Lake初步迹象及其AAA级游戏如《战地风云》108P运行得好的事实给予了现有的移动PC研发项目带来了新的挑战TigerLake已经赢得50多项设计奖项
因此 Intel 的 ten-nanometer 工艺优越过 seven nanometer AMD 解决方案证明 seven nanometer 只是一种良好的数字标志符号表示方式。
尴尬的是 七nanometer 第二代 Ryzen 无法击败 Comet Lake – S 这是一个巨大的改进但历史超过五年 Skylake DNA普通这足够帮助他们取得胜利其中包括优化500MHz以上工作负载 及时钟频率方法。此刻竞争激烈 Intel甚至让 AMD喘不过气来 对业界来说是个好现象。而合理条件下 Intel似乎逐渐转向追求更加紧凑节点这个目标始于移动/笔记本电脑现在服务器市场也有类似的做法明年或许会推出第一款 eleven-nanometer 台式机值得注意的是关于 Intel Rocket-Lake 是否采纳新架构是否仍旧保持 fourteen-nanometers 制造传闻是否暗示著重大的变化原意为 ten-nanometers 设计 内核若发展成 fourteen-nanometers未知该内核是否来自Sunny 或者 Willow-Cove 这问题很快得到答案今年二季度新核心架构便伴随Zen