激光穿透探索光刻机概念股的龙头芯片制程革命
芯片工艺制程的进步从最初的0.35微米逐渐缩小至0.25微米、0.18微米、90nm、65nm、45nm和32nm,再到14nm,甚至更小如10nm和7nm。在追求更高效能与功耗降低的过程中,大约需要将几何尺寸缩小十倍,以达到10nm或7nm。苹果与台积电合作实现5NM芯片仅短短几个月,但我们是否真的应该只关注纳米级制程?
人们普遍认为较小的数字代表更好的技术,但事实上,这种逻辑远不够复杂。理论上,许多因素在工艺制程中发挥作用,比如以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,从而提高密度和时钟频率,并且设计更加节能散热,同时晶体管工作于更低电压。
尽管看似相同的制程名称,如台积电所称的10NM对应英特尔所称的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,这表明了制造商之间存在差异。例如,英伟达推出了Nvidia Turing,该芯片基于台积電12NM制造,如果只是简单地依赖于纳米值,它几乎无法与大型Vega Radeon VII卡相抗衡。但实际上,由于架构优势,英伟达仍然能够提高IPC比率。
现在Nvidia Ampere采用了7纳米,一旦宣布消费级GPU,其如何与AMD下一代大型Navi GPU(同样采用7奈米)进行比较,将非常有趣。在这种情况下,不同公司可能拥有相同的地质尺寸,但最终速度会有所不同。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得更快。
预计苹果将在2020年9月发布5NM A13处理器,而高通Snapdragon 875预计将使用相同工艺并于今年晚些时候发布。然而,由于禁令问题,华为可能会被排除在采用5NM芯片外。不过通常情况下,华为是首先寻求最小晶体管客户之一。
由于手机设计受限于功耗限制,因此苹果朝向最小几何尺寸发展。此外,由於較大的幾何尺寸可以讓電池持續時間增加,以及從幾何學角度來說,可以將更多晶體管放置於同一表面,這也是為什麼許多公司追求最小晶體管的一個原因之一。
过去,由於TDP(总动力)限制,对像ATI/AMD及英伟达这样的公司来说,最早追求最小晶体管。而这些GPU因为其巨大的计算需求,在60Hz时4K分辨率就比Full HD 1920x1080分辨率要多四倍计算需求,而到了8K,其计算需求则是之前计算需求的一个四倍,即16倍。
CPU也面临着类似的挑战,因为它们需要处理大量数据,而且具有快速内部互连、高速内存以及大量带宽,使得它们成为AI及机器学习工作负载中的理想选择。而对于AMD Ryzen 3000系列来说,它们以TSMC 7 nm 制作,并且虽然其I/O部分使用的是12 nm 制作,但是几乎每个人都会把它视为一个完全基于7 nm 的CPU,只不过重要组成部分不是所有都是七纳米制造成品罢了。
营销策略也起着关键作用,因为即使有一定比例的人使用渲染应用程序,在营销领域里,却往往强调谁获得最高CineBench分数。对于普通用户来讲,有16核也不太能提升游戏性能或其他单线程应用程序表现。而且讽刺的是,即便再多内核,也不能提升游戏性能,只是在某些特殊任务中提供额外帮助,比如编写文档或者观看图片等操作,不过这并不常见,因此对于绝大多数用户来说,对16核心没有显著影响。
移动笔记本电脑市场方面,Intel 首先通过Ice Lake达到10 NM,现在又推出Lakefield pursuit energy saving 和 Tiger Lake 会很快出现第二代10 NM + 版本。而 AMD 也通过Ryzen 3至9笔记本电脑解决方案,为移动市场提供覆盖10至54W TPD范围内产品,其中包括Renoir 微体系结构,是一个巨大的进步。不过,他们还需要改善这一点,因为目前Intel Ice Lake已经证明自己可以胜过 AMD 在AAA级游戏中的表现,并且Intel Tiger Lake 已经赢得50多个设计奖项并显示出针对AI优化能力强悍,与当前工作负载兼容性好。此外,虽然目前竞争激烈但整体而言 Intel正在逐渐向追求更紧凑节点方向发展,不仅仅局限于移动设备,还扩展到服务器市场,此举预示未来的新趋势。