CPU工艺哪家强?只看数字大小你就输了!

智趣狗 电脑爱好者 2017-11-24 10:33产品 标签:处理器 工艺

无论是CPU、GPU还是闪存,制程工艺都是决定它们能否超水平发挥的核心要素。从表面的数字来看,工艺数字越小,意味着技术越先进,可以在更小的空间塞进更多的晶体管、降低漏电率、整体提升芯片性能,降低功耗。但是,由于制程工艺没有一个统一规范的参考标准,所以工艺数字背后往往存在水分。

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就好像英特尔在14nm工艺上卡壳3年,而三星和台积电则领先一步进入了10nm时代。那么,他们的10nm就一定比英特尔的14nm强吗?

A9处理器的版本之争

我们不妨回忆一下2015年iPhone6s A9处理器的版本之争。为了确保供货稳定,苹果同时找三星(14nm)和台积电(16nm)代工生产A9处理器,如果从表面分析,理论上应该是三星代工的A9能耗比更好,因为14nm优于16nm。

令人大跌眼镜的是,通过无数用户的反馈和测试,台积电代工的A9却比三星代工的A9更好,续航更久。

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原因很简单,别看14nm和16nm之间相差2个nm的级别,但它们却都属于一个时代的工艺,不存在14nm比16nm先进一说。此外,台积电给A9代工的工艺属于16nm FinFET Plus,已属于第二代16nm,而三星为A9准备的则是14nm FinFET LPE,属于第一代14nm工艺,更成熟的16nm FinFET Plus自然优势更大。

谁在定制标准?

细心的童鞋应该发现了,三星针对移动处理器的制程工艺在经历28nm之后,一下子就跳到了14nm。而台积电28nm之后曾还推出过20nm工艺,但它仅被高通骁龙810和联发科Helio X20所采用,在很短的时间内也跳到了16nm。

换句话说,三星和台积电每一次推出的工艺节点并没有明显的迭代关系,给人的感觉就是“忽如一夜春风来”。

反观英特尔,则始终贯彻摩尔定律:每代制程工艺都要让芯片上的晶体管数量翻一番。英特尔每次都在遵循按前一代制程工艺缩小约0.7倍来对新制程节点命名,从90nm→65nm→45nm→32nm→22nm→14nm→10nm→7nm,每一代制程节点都能在单位面积上容纳比前一代多一倍的晶体管。

因此,英特尔高层曾不止一次表态,受制程进一步的微缩越来越难,一些公司开始背离摩尔定律的法则,即使晶体管密度增加很少或者根本没有增加,但他们仍继续为制程工艺节点命新名。没错,英特尔暗讽的就是三星和台积电,他们的16nm、14nm和10nm根本就无法体现位于摩尔定律曲线的正确位置!

隐藏在数字背后的秘密

那么,如何才能计算出标准的晶体管密度指标呢?英特尔早前在精尖制造日活动中否定了“栅极距×最小金属距”和“栅极距×逻辑单元高度”这两个传统的计算公式,因为它们都不能真正衡量实际实现的晶体管密度,即没有试图说明设计库中不同类型的逻辑单元及这些指标量化相对于上一代的相对密度。

为此,英特尔开始倡导曾经流行但一度“失宠”的一个计算公式,它基于标准逻辑单元的晶体管密度,并包含决定典型设计的多个权重因素。

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如果按照这个公式计算,虽然英特尔工艺在字面上似乎“落后”于竞争对手,但成绩却可以实现越级反超。

简单来说,在制程工艺的鳍片间距、栅极间距、最小金属间距、逻辑单元面积等核心参数上,哪怕是英特尔在2014年推出的第一代14nm工艺,都有着媲美竞争对手10nm的表现。

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换句话说,哪怕竞争对手在工艺命名上“掺水”,最新工艺才刚刚达到英特尔3年前的水准。要知道,英特尔14nm现在已经进化到14nm++了,而且最新10nm工艺也即将上马。

提到英特尔的10nm,它和竞争对手相比又有了多少差距?从英特尔给出的参数对比来看,在所有项目中英特尔的10nm都远远领先与台积电和三星的10nm,可以直接拿来和对手明年量产的7nm工艺PK。

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随着英特尔后续推出10nm+和10nm++的优化版工艺,届时它们甚至可以媲美竞争对手的5nm工艺。

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英特尔在工艺上处于领先地位的证明,还体现在最新材料和技术的应用上。比如,英特尔从90nm时代就引入了应变硅,而竞争对手是从65nm时期才引入;英特尔在45nm时带来了高K金属栅级,竞争对手在28nm才开始尝试......

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翻译过来,英特尔就是想强调自家的工艺才是行业的最标准命名,其他家多有掺水成分,希望消费者不要被轻易忽悠。

学习成本转嫁消费者

虽然业内人士都知道英特尔工艺冠绝群雄,有一定基础知识的玩家也能通过公式和资料辨别各家工艺的强弱关系。但是,对绝大多数普通消费者而言,复杂的公式和冗长的解释都太过深奥,我们只知道10m比14nm好,7nm是10nm的下一代。按照惯例,更新的工艺就代表更厉害。

此外,英特尔的领先工艺长期以来只供自己使用生产X86处理器。而竞争对手的工艺则主要用来设计ARM处理器,二者并没有直接的竞争关系,最终产品也不好拿来作比对。

因此,在台积电和三星几乎每两年就更新一代工艺的速度相比(哪怕只是数字游戏),英特尔现在采取的同一工艺打磨至少三年的进度着实缺乏效率。将学习成本转嫁给消费者,让大家了解14nm+比别人10nm好,10nm比别人7nm棒?只能说任重而道远。

看到这里,相信大家已经对处理器背后的制程工艺有了一定的了解,数字大小并不能完全体现能耗比,在鳍片间距、栅极间距、最小金属间距、逻辑单元高度等复杂的专业名词面前,英特尔总有越级挑战的能力,因为行业缺乏强制性的标准概念。

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好消息是,英特尔现在已经全面开放对外代工业务,基于ARM Cortex-A75核心的10nm测试芯片只用12周就完成了流片,而展讯今年推出的SC9861G-IA、SC9853I两款移动处理器就均采用了英特尔旗下的14nm工艺制造。

如果英特尔能吸引高通、联发科、麒麟和小米澎湃处理器采用自家的工艺,再和同期同档次竞争对手工艺的芯片进行实际的PK,届时才能让消费者切实感受到工艺标杆所带来的强大动力。