相信大家在談論手機或者電腦的時候,說到CPU等半導體器件的規格時,會聽到 7nm工藝,10nm工藝,14nm+++工藝這些詞。那麼,這些詞到底是什麼意思?作為消費者而言,您可以簡單的認為這些數字代表處理器中電晶體(或組件)的大小。
電晶體是CPU和數字電路的基礎,當我們以不同方式組合電晶體時,我們將獲得AND,NOT或OR門之類的邏輯電路。然後,這些簡單的門電路可用於組成加法器,乘法器和其他不同類型的複雜電路,現代處理器往往包含數十億上百億個電晶體。
隨著對計算能力的要求提升,我們需要在單位面積上容納原來越多的電晶體,所以我們需要縮小電晶體的尺寸,過去很多年因為製造技術的進步,集成電路中的電晶體數量每兩年翻一番,這個就是我們很熟悉的摩爾定律。那麼通過新工藝縮小電晶體尺寸有什麼好處呢?
首先是性能的提升,單位面積的電晶體數量增加了,相當於幹活的人多了,性能自然提升了,當然這裡只是簡單地打個比方,實際情況肯定不是這麼簡單。其次是能效比提升,隨著電晶體體積變小,其需要的能耗也會降低,因此可以減少發熱,而發熱量的下降又可以讓我們進一步提高時鐘頻率,帶來性能的提升。
所以一般而言工藝越先進,代表性能越強,發熱越低,譬如最近AMD的移動標壓處理器打的英特爾不要不要的,這個就與AMD的工藝更先進有很大的關係,因為AMD採用的是臺積電的7nm工藝,Intel還是繼續採用14nm工藝,7nm工藝帶來的能耗優勢導致AMD在筆記本上面大放異彩。
對於大部分消費者來說,知道上面的那些其實就已經夠了,但是如果你希望了解更多細節,那顯然是不夠的,實際上那些納米值並不代表電晶體的尺寸,而是代表用於製造它們的製造工藝技術,很久以前,電晶體的柵極間距與製造工藝技術(nm值)相同,但是現在這個方法已經不適用了。
而且目前也沒有通用的標準,不同的廠家有不同的計算方法,例如英特爾的10nm,與臺積電稱的7nm相似。實際上,現在這已成為沒有任何實際意義的營銷噱頭。所以如果回歸到源頭的話,我們就應該清楚真正重要的是電晶體密度。電晶體密度以MTr /mm計算,代表每平方毫米數百萬個電晶體。
從相關資料看Intel14n的m工藝達到了43.5MTr /mm,10nm工藝達到了100.8MTr /mm,而臺積電方面7nm工藝達到了95.3MTr /mm,7nm+ EUV工藝115.8MTr /mm,5nm EUV工藝171.3,因此Intel的10nm的確是比臺積電7nm要多。
我們可以看到Intel的14nm到10nm的跨越是很大的,密度直接翻倍,Intel的這個步子邁的有點大,所以扯到了蛋,導致Intel的10nm遲遲不能量產,實際上從2016年開始大家就在等待Intel的10nm,可是我們看到的只是Intel在14nm上不斷的優化,10nm雖然有消息,但是都是一些不那麼好的消息。
到了今年2020年初,英特爾也只在筆記本平臺上推出了10nm工藝的Ice Lake系列產品,而且這代處理器的的頻率相比14nm++的產品明顯要低一些,而且良率也仍然很低,不過最近Intel公布了路線圖,根據路線圖和產品規劃來看,2020年Intel的10nm應該會成熟。
從路線圖上來看,2020年Intel會推出大量的10nm新品,在2021年會進入7nm,但是要到2022年才會有完整的產品組合,簡單來說就是2021年還是10nm為主,7nm會亮個相。從2020年10nm新品的宣傳圖來看,Intel的10nm產品將涵蓋各個平臺,還是可以期待一下的。
在工藝製程方面目前臺積電是領先Intel的,在2020年臺積電會進入5nm工藝,繼續保持對Intel的領先,不過5nm主要是用於手機處理器上面,AMD方面會採用7nm+的工藝,從電晶體密度來看,Intel的10nm和臺積電的7nm+差異要遠小於Intel的14nm和臺積電的7nm了。
所以Intel的10nm工藝處理器能夠及時推出的話,應該會對目前的市場產生一定影響,可以有效地降低AMD處理器工藝方面的優勢,特別是改變筆記本上面標壓處理器的競爭態勢,想到i9-9980HK因為能耗問題而被R9-4900HS吊打的那個場面,Intel不得不加快進度了。
小結
越先進的工藝製程可以帶來更高的電晶體密度,從而帶來性能和能耗比的提升,但是從2017年左右開始,各個廠家的工藝製程已經不能直接進行對比了,因此很多時候我們不能簡單地認為臺積電的7nm就一定比Intel的10nm更先進,如果真的要進行對比的話,電晶體密度算是一個不錯的辦法。
當然作為普通消費者並沒有必要關注這麼多,只要產品好用就行,製程工藝,電晶體密度這些往往只是影響產品性能的一個方面,而且隨著工藝的發展,在工藝製程維度上的摩爾定律越來越慢,已經達不到定律中宣稱的2年電晶體翻倍,雖然這個維度上繼續玩個10年問題不大,但是總有需要改變的一天。