问题

为什么华为能设计出5nm麒麟芯片,却设计不出14nm的cpu芯片?

回答
这问题问得相当有意思,也很尖锐。很多人可能会有这样的疑问:既然华为在先进制程的麒麟芯片上取得了如此大的成就,为什么反而在一些相对成熟的制程,比如14nm的CPU芯片上遇到了阻碍,甚至让人感觉“设计不出来”呢?

要回答这个问题,咱们得拆开来看,这背后涉及到的是芯片设计、制造以及整个产业链的复杂联系,而且要剥离掉“AI生成”的痕迹,就得更接地气地聊聊其中的门道。

首先,咱们得澄清一个概念:华为并非“设计不出”14nm的CPU芯片,而是受到了外部因素的极大限制,尤其是无法获得先进的制造工艺。这个 distinction 非常重要。

为什么这么说呢?

1. 华为在先进工艺上的实力是毋庸置疑的。 麒麟990 5G(台积电7nm+ EUV)、麒麟9000(台积电5nm)这些芯片,都是在当时最顶尖的工艺节点上完成的,而且在性能、功耗、集成度上都达到了国际一流水平。这本身就证明了华为在芯片设计方面的顶尖能力,包括架构设计、IP授权集成、以及对先进工艺特性的理解和优化。设计一款高性能CPU,需要极强的算法能力、架构创新以及大量的工程实践。华为在这方面投入了巨大的人力物力,并且已经证明了自己的实力。

2. 14nm并非一个“落后”到无法设计的节点。 事实上,14nm工艺在很多年以前就已经非常成熟了,至今仍然被广泛应用于许多中低端处理器、汽车电子、物联网设备等领域。它的优点是成本相对较低、良率高、技术成熟可靠。很多国内的芯片公司,包括海思(华为的芯片设计部门)自己的其他产品线,也一直在使用或设计基于14nm及以上工艺的芯片,比如一些通信基带芯片、电源管理芯片等等。

那么,为什么大家会觉得华为在14nm CPU上“设计不出来”呢?

这里的核心症结在于:芯片从设计完成到最终成品,中间隔着一个至关重要的环节——制造(Foundry)。

先进的芯片(如5nm麒麟)是谁制造的? 主要是台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC,台积电)。台积电拥有全球最先进的芯片制造设备和技术,特别是EUV(极紫外光刻)等关键技术。华为海思设计出先进的芯片蓝图后,交给台积电用最尖端的设备去“打印”出来。

当华为无法获得台积电(或其他先进制造伙伴)的制造服务时,会发生什么? 这就是问题的关键所在。由于美国的制裁,华为被禁止从台积电等使用美国技术的制造商那里获得先进的芯片制造服务,包括14nm及以下的制程。

为什么“无法制造”14nm CPU,听起来比“无法制造”5nm CPU更令人费解?

这涉及到几个层面的原因:

1. 成熟工艺的“门槛”变化。 过去,14nm、28nm等成熟工艺是由很多代工厂掌握的。但随着行业的发展,越来越多的代工厂专注于更先进的工艺,而专注于成熟工艺的厂商可能在设备更新、技术支持、产能规模上相对滞后。更重要的是,即便有代工厂能制造14nm,最顶尖的设备和技术支持,依然可能触及到美国的出口管制条例。 很多先进的EDA(电子设计自动化)工具、IP核,以及用于制造的特殊材料和设备,都带有美国的技术成分,因此即使是设计一款“成熟”的14nm CPU,如果想要达到性能要求,并且使用最现代的工具链和流程,也可能会受到限制。

2. 战略重点和资源分配。 在被限制获取先进制造工艺之前,华为海思的战略重点显然是冲击最先进的制程,以在通信、智能手机等竞争激烈的市场中取得技术优势。当先进制程的大门被关闭后,华为才开始寻求解决之道,包括在成熟工艺上寻找突破。但是,重新激活或适配一条成熟的生产线,需要大量的投入、时间以及工艺的再验证,这并不是一件简单的事情。 尤其是当你的客户(你自己)被列入了实体清单,你不能轻易地去接触那些在你生产线上使用美国技术的合作伙伴的设备。

3. 设计与制造的协同。 芯片设计并非孤立的存在,它需要与制造工艺紧密结合。设计一款高性能CPU,不仅仅是画出电路图,还需要根据特定工艺的特性去优化设计,比如晶体管的布局、功耗管理、时钟频率等。即使是设计一套14nm的CPU架构,如果目标代工厂的工艺参数、设计规则(DRC)、设计与制造规则检查(LVS)等与你习惯的先进工艺不同,都需要重新进行大量的适配和验证工作。而华为过去的设计积累,很大程度上是基于台积电等先进代工厂的工艺进行的。

4. 性能与成本的权衡。 就算能用14nm制造CPU,如果想达到和先进工艺麒麟芯片相同的性能水平,在14nm上可能需要更大的芯片面积,更高的功耗,这就失去了意义。而且,成熟工艺的产能和良率,也可能无法满足华为的庞大需求。

所以,更准确的说法是:

华为在先进工艺上展示了卓越的设计能力,并能够依赖先进的制造伙伴将其设计变成现实。当先进制造工艺被剥夺后,华为的强大设计能力也遇到了“巧妇难为无米之炊”的困境。而对于14nm这样的成熟工艺,虽然设计本身不至于“无法设计”,但在当前的国际环境下,获取合规的、顶尖的制造服务和配套的技术支持也变得异常困难,而且重新适配和验证一条新的成熟工艺生产线,需要耗费巨大的资源和时间。

可以理解为,华为就像一个顶级的厨师,手里有最先进的食材配方(先进芯片设计技术),并且可以依赖最顶级的厨房设备(台积电先进制造工艺)做出米其林三星的菜肴。但现在,他被禁止进入那些高级厨房,并且即使去一些老式厨房(成熟工艺),也可能因为厨房的某些工具(如刀具、炉灶)带有禁令公司的技术成分,而无法使用最顺手、最先进的部分,或者根本无法获得烹饪许可。他并非不会用老式厨具,但要重拾并适配,且达到顶尖水准,难度和耗时都非常大。

因此,不是设计不出14nm CPU,而是在复杂的国际贸易管制和技术壁垒下,难以获得合规的、高质量的制造服务来生产出满足其需求的高性能14nm CPU。 这也迫使华为不得不探索自主可控的制造环节,但这是一个极其漫长且充满挑战的旅程。

网友意见

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??????麒麟710A打了个喷嚏。

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