用新的思維方式看待晶片工藝製程

晶片的製程從最初的0.35微米到0.25微米，後來又到0.18微米、0.13微米、90nm、65nm、45nm、32nm和14nm。在提高晶片工藝製程的過程中，大約需要縮小十倍的幾何尺寸及功耗，才能達到10nm甚至7nm。從蘋果與臺積電合作到宣布實現5nm晶片只有短短幾個月的時間，但真正的問題在於，強調納米級製程真的重要嗎？

幾乎人人都專注於較小的數字且在我們的意識中7nm比10nm或14nm更好，但真實情況比這一邏輯要複雜的多。

理論上而言，許多因素都在工藝製程上發揮作用。以7nm為例，更小的幾何尺寸意味著每平方毫米有更多的電晶體,意味著更高的密度、時鐘、散熱設計功耗以及更低的電晶體電壓。

臺積電和英特爾命名法

看似相同的製程可能也存在差別。臺積電所稱的10nm對應於英特爾所稱的14nm，臺積電及其合作夥伴稱之為7nm的技術在對於英特爾而言卻是接近10nm。

大約18個月前，英偉達推出Nvidia Turing，該晶片是臺積電12nm晶片。如果納米是唯一的度量標準，它就不應與大型Vega Radeon VII卡相抗衡。當然，情況並非如此，因為儘管英偉達在電晶體尺寸、電壓和密度上都存在缺點，但仍設法提高了IPC的比率。架構對晶片的成功起著關鍵的作用。英偉達在12nm的波長範圍內獲得了更好的性能，而AMD在7nm的波長範圍內擁有最高功率的Navi晶片，這就意味著，想要打敗英偉達GPU工程高級副總裁Jonah Alben ，是十分困難的。

Nvidia Ampere現在是7納米，一旦英偉達宣布推出消費類GPU，該如何與7nm製造的AMD下一代大型Navi GPU進行比較將會很有趣。在這種情況下，兩家公司的製造幾何尺寸相同，但終有一家的速度會更快。

這一切都將取決於架構，使得更好的柵極和晶片模塊能夠在給定的電晶體數量和總功率下更快地運行工作負載。

預計蘋果將於2020年9月發布5nm A13，而高通Snapdragon 875預計將使用相同的工藝製程並於今年晚些時候（最有可能在12月）發布。由于禁令，華為可能會被排除在採用5nm晶片之外，但通常情況下，華為是第一批尋求最小電晶體的客戶之一。

由於手機設計受功耗的限制，使得蘋果朝著最小的幾何尺寸發展。iPhone中，晶片的TDP為2W。相比之下，筆記本電腦可能仍然會通過7至9W TDP進行被動冷卻。2W TDP不是很多，這也是為什麼蘋果、高通和華為在允許的情況下首先追求最小的電晶體的關鍵原因之一。

較小的幾何尺寸可以隨著電晶體獲得更高的功率而增加電池壽命，並且從幾何學上講，可以在同一表面上放置更多的電晶體。

過去，由於功率TDP的限制，ATI / AMD和英偉達是最早追求最小電晶體的公司。GPU可能會消耗儘可能多的電量，因為總是需要更高的解析度和幀速率。例如，在60Hz時4K 3840x2160解析度是Full HD 1920x1080 60 Hz的四倍，計算需求是之前的4倍，而到了8K，其計算需求將比Full HD高四倍，即4倍4K或16倍。

GPU被用於AI和機器學習工作負載的原因之一是它們能夠處理大量數據且具有快速的內部互連、快速的內存和大量的帶寬。

CPU與電晶體的神話

代號為Matisse的AMD Ryzen 3000系列以7nm 臺積電製造而聞名，儘管該晶片的I / O部分以12nm製造。事實上，該晶片的重要組成部分不是7nm，但是幾乎每個人都將其CPU稱為7nm。I / O控制器包括雙通道DDR4內存控制器、PCI Express gen 4.0，集成南橋。南橋部分單獨負責兩個SATA 6 Gbps埠、四個USB 3.1gen 2埠、LPCIO（ISA）和SPI（用於UEFI BIOS ROM晶片）。

第二代Ryzen 3000（稱為Ryzen 3000 XT）將在大約兩周內交付，並使用相同的7nm工藝製程。A經AMD證實，其代號為Vermeer（Ryzen 4000）的Zen 3將在2020年推出，目前看來，將在今年晚些時候推出。

圖片源自AMD官網

僅從營銷上所提及工藝製程上看，英特爾最新的臺式機晶片Comet Lake – S為14nm，考慮到英特爾的14nm主要對應於TSMC的10nm，所以Ryzen 3000 Matisse處理器將更具優勢，但是Matisse在遊戲和每時鐘指令都很重要的大多數單調工作負載中表現不佳，AMD在諸如內核數量更多的渲染等工作負載中勝出。Ryzen 9 3950X有16個內核，並且在渲染上曾擊敗過的Core i9 10900K（10內核）解決方案。

營銷策略在這裡起著至關重要的作用，因為事實上，有一定比例的人使用渲染，但是在營銷中，關鍵在於誰獲得了最高的CineBench分數。對於最終用戶答覆電子郵件，編寫文檔以及觀看圖片和Netflix而言，16核也起不了多少作用。尤其諷刺的是，再多的內核也無法提升遊戲性能。

與英特爾的Comet Lake-S相比，AMD的XT處理器可能會提高單線程和遊戲性能，但預計英特爾將隨著Rocket Lake-S的發展採用新架構。關於X86架構中Alder Lake異步大小核心方法的第一個傳聞，聽起來具有開創性。

移動筆記本電腦市場

英特爾首先在Ice Lake上達到10nm，現在追求節能省電的Lakefield，很快就會出現第二代10nm + Tiger Lake。

AMD憑藉其移動產品達到7nm製程並於2020年宣布了一系列Ryzen 3至9筆記本電腦解決方案，覆蓋10至54W TPD市場。對於AMD而言，7 nm雷諾瓦（Renoir）微體系結構是一個巨大的進步，但在大多數重要工作負載上，它仍然無法勝過Ice Lake。

AMD將會繼續改善，但是10nm以上的Tiger Lake的初步跡象以及其可以在AAA級遊戲（如《戰地風雲5》）中以1080P運行得很好的事實將給AMD筆記本電腦的研發工作帶來更多壓力。Tiger Lake已經贏得了50多個設計獎項。

最重要的是，它使用了新的Willow Cove CPU內核，可以更好地針對AI和當今的工作負載進行優化。

因此，筆記本電腦中Intel的10nm優於7nm AMD解決方案，證明了7nm只是臺積電的一個看起來不錯的數字。

尷尬的是，7nm的第二代Ryzen不能擊敗Comet Lake – S，這是14nm的一個巨大改進，但具有普通Skylake DNA的歷史已經超過五年。英特爾找到了一種優化5GHz以上的電晶體、工作負載和時鐘的方法，這足以幫助它們在大多數遊戲和單線程應用程式中獲勝。

目前的競爭十分激烈，英特爾甚至讓AMD喘不過氣來，對業界而言是一個好現象。在合理的情況下，英特爾似乎逐漸將目標指向追求更小的節點。這一目標始於移動/筆記本電腦，現在在功率和密度起著重要作用的伺服器市場也將採取同樣的措施。明年可能會推出首款10nm臺式機。

值得注意的是，關於英特爾的Rocket Lake-S是否採用了新架構並仍在14nm製程的傳言是否暗示著英特爾的重大變化。最初為10nm設計的內核可能會發展到14nm。尚且不清楚該核心是否來自Sunny或Willow Cove，但這一問題也將很快就有答案，今年下半年，新的核心架構將與Zen 3 Vermeer對抗。

總之，晶片製造商應該專注於性能而不是製造納米營銷，問題的關鍵在於給定工作負載的性能。