14nm芯片已经够用,90.9%的应用都够用,不要美国做5纳米,我们就要做5纳米。一定要做好系统优化,只要做好系统优化。
个人觉得这话没毛病,要注意到,胡的意思不是说止步不前,而是强调“做好优化”,不要唯制程论。
14nm芯片已经够用,90.9%的应用都够用。
不知道胡是如何得到“90.9%”这个数字的,但总体来说大差不差(树莓派b4的A72处理器是博通28nm制程的)。以我国总体芯片设计水平和行业发展,过早追逐国际先进制程意味着短期内大量资金和技术研发投入,以及巨大的沉没成本风险。饭要一口一口吃。
胡所说的14nm是哪种14nm,需要注意。下文中,我们把TSMC16/S14看作是介于Intel22-14之间的节点。Intel14看作是14nm完全节点,TSMC N7看作是与Intel10/10SF同代节点。
从电气特性和主要性能指标看,三星/GF、TSMC、Intel这四家Foundry的14nm差距甚大,尤其是三星14nm和Intel 14nm+++相比,其差距甚至完全可以看作两代制程:
FP = Fin Pitch 鳍片间距
CPP = Contacted Gate Pitch 栅极间距
MMP = Minimum Metal pitch 最小金属间距
Lg = Gate Length 栅极高度
I = Intel,GF = GlobalFoundries/IBM,S=Sumsong,T=TSMC(台积电),U=UMC(联电)
厂商与节点 | FP(nm) | CPP(nm) | MMP(nm) | Lg(nm) |
---|---|---|---|---|
I 22/22FFL | 60/45 | 90/108 | 90/80 | 26/30 |
I 14/14++ | 42 | 70/82 | 52 | 20 |
T 16/12 | 48 | 90 | 64 | 37 |
S 14/11 | 48 | 78 | 64 | 30 |
GF 14 | 42 | 80 | 64 | 18-26 |
UMC 14 | - | - | - | - |
厂商与节点 | FP(nm) | CPP(nm) | MM(nm) | Lg(nm) |
---|---|---|---|---|
I 10/10SF | 34 | 54 | 36 | ~20 |
T 10FF | 36 | 64 | 42 | ~20 |
S 10LP | 42 | 68 | 48 | ~20 |
T N7 | 30 | HP64/HD57 | 40 | - |
S 7LPE/7LPP | 27 | HP60/HD54 | 36 | 8/10 |
注:因资料不全,上表中未罗列晶体管密度参数,实际Intel此参数远高于友商同代制程。
上述参数罗列不是很全面,众所周知,最终制程表现还需要看实际的良品率和漏电程度。台积电10FF和最近的三星5FF翻车可坑了一堆产品哎。牙膏厂这边也不是没翻车过:初代14nm、初代10nm也把自家的5th Core / canno Lake 坑得不行,Ice Lake流片三次才成功(建议查查流片一次成本多少~),以至于牙膏厂宣传文案都刻意忽略当年的canno Lake了,懂的都懂。
22nm是摩尔定律的一个转折点,22nm之下,IC制造早就不仅仅是单看Fin Width了,材料、制造技术、电气特性和封装技术,都要求IC设计阶段要综合考虑而不仅仅是关注电路设计,这样一来制造工艺很大程度上也就影响了IC设计,如果制造工艺一味追求制程进步而忽略了良率成本,反而可能适得其反。
无论是Apple A10还是AMD zen2,台积电都直接介入IC设计。比如,zen转向zen2不仅仅是IP/IC的改进,AMD敢在Matisse上祭出胶水大法,主要原因就是在转向TSMC之后,TSMC的chiplet先进封装技术给了AMD敢这么设计的底气。
苹果的A10转向TSMC的时候,也需要TSMC的人前去驻场对接数个月以适配相应工艺并绕开三星的专利。
Intel在10nm难产之后,新的WillowCove架构也迟迟无法被取代,结果被骂挤牙膏(新产品制程不变,架构不变)。众所周知,在市场压力下,牙膏被迫在11th Core桌面版上了14nm的WillowCove——RocketLake,但是最多核心数从10C倒退了8C。为什么不早这么做?因为牙膏长期以来就是把制程与架构绑定的,一代架构设计在一开始就是针对指定的制程节点设计的。
芯片设计从最初的阶段,就不得不考虑所针对的制程节点,同一IP/IC在完成设计后迁移制程节点意味着更多时间、人力和资金成本。可以想象,假如国内小步快跑追上5nm,结果每个节点都不成熟,存在这样和那样的问题,会把Fabless厂商都坑成什么样?
台积电在2020年的财报显示,其营收中,“先进制程”的比重达到了62%。是哪些“先进”制程呢?
等等,7nm占比很高,还在往上攀升啊!但是别忘了,台积电的N7几乎是垄断性的存在,且N7的利润率是目前所有已投产节点中最高的,但也只是27%而已。而表中的“不先进”制程比如22nm、28nm的需求仍在上涨。毕竟不同芯片对制程的需求是不一样的,并非越小越好。
14nm以下的研发意味着巨大的资本支出和沉没成本,它是在之前制程已经可以保证产能和性能的前提下,才能支撑得起来的,因此现阶段(强调现阶段)我们优先需要解决的,还是从无到有、从有到好的问题。
国内目前的产业现状,从FDA软件、μArch设计、IC设计、材料科学、制造设备,太多太多的环节,其中背后的技术和生产能力都还未消化,甚至未突破。相比于某某纳米的制程,这些背后的科学技术、知识产权和产业培育,才是根本的东西。
诚然,我们可以砸钱买设备,甚至挖人,但是设备过时了呢?挖来的人老了呢?到了下一代还不是落后?
早些年,国内芯片产业有一股急躁冒进的风气,补贴了多少钱,浪费了多少时间,最后还是一地鸡毛,弄出个“汉芯”的大笑话。之前走过的弯路,现在这代人再次出发,肯定会吸取教训的。
看看22nm节点有多少晶圆厂在做吧。然后到了14nm,日系全体阵亡,长期以来紧追Intel的AMD前女友GF靠购买三星授权才获得了14nm技术。同时,TSMC、Intel、三星、GF的初代14nm都经历了不同程度的翻车,后续改良工艺才趋向成熟。
到了7nm……GF试着研究了一下然后直接表示不玩了。三星的7nm电气性能拉跨产能上不去,Intel 10nm电气性能和良品率均未达到预期,10th只看到了icelake-u系列,12th才能在桌面级看到10nm身影,而服务器领域的icelake-s至今仍在难产。截至目前,整个N7节点,TSMC一家独大,几乎100%垄断市场。
N7只剩三个玩家,背后的确是各种极限挑战,想要挑战成功,就得厚积薄发。资金有限、技不如人的情况下,不过于冒进也没错。
大家只盯着CPU,但不知道FPGA落下得更多,国内几乎完全空白。不那么“高大上”的芯片部件包括半定制芯片,很多在中国大陆根本找不到供应商。这些部分也是需要人才科研和资金投入。
AMD的SoC为什么那么逆袭,实际上AMD的SoC中,很多模块都是供应商给力,比如各种MCU、DSP、电源管理单元、传感器等。
即便是CPU,在应用领域也是五花八门多种多样,大众可能只知道 PC/移动终端/主机需要CPU,更多的工控设备、特定场景专用设备也需要各种定制化的SoC,这些也是国内的空白,也是要补课的。上述提到的SoC也许不需要更先进的制程,但一定需要更成熟的制程来制造。
除却产品,提供封装测试的供应商、驱动和软件供应、EDA软件供应商对SoC设计制造也具有很大的影响,这类领域也是需要补课的。
上述这些要做的事,私以为优先级要高于追赶先进制程的。
我国芯片产业目前来说还处在发育阶段,这时候最需要做的就是厚积薄发、稳扎稳打,积累资金、技术和经验。一旦产业达到了一定规模,进入了可持续的良性循环,我相信在不久的将来,我们追上并引领全球先进制程,那是水到渠成的。
这句话一点毛病也没有,很真实!
直到今天,14nm还被称作先进工艺,这就意味着,绝大多数的芯片还“不配”用这个工艺,实际上能用上14nm工艺的芯片也只有手机处理器、基带、GPU、FPGA和PC处理器等少数高算力产品。
我们最常见的芯片实际上就是CPU和GPU,英特尔的桌面CPU还是14nm,显卡也是一样,全新的RTX30系列才换上8nm工艺。
工艺和架构设计的重要性是相同的,如果只看中工艺,那肯定不行。按照台积电给的数据,我们会发现一件很神奇的事情。
台积电宣称相比16nm制程,7nm约有35-40%的速度提升,或降低了65%的功耗。这句话完整的说出来就是同主频同架构下,7nm比16nm的功耗低65%;同架构同功耗下,7nm比16nm的性能强40%。
如果芯片的设计能力足够优秀,那么用14/16nm节点的工艺完全可以做出很出色的芯片以应对市场竞争,我们现在又不是领头羊。
联发科G90T就是这种思路下的的产物,12nm压2.05GHzA76毫无压力,整体性能比友商的麒麟810弱的有限,但价格便宜多了。英伟达12nm工艺下的RTX2080一样能打赢7nm的AMD显卡,这就是设计的优势。有些小核心用A55的面积和功耗实现了A75的性能,这难道不应该被提倡?
现在,我们设计比不上别人,工艺也比不上别人,在资源有限的情况下,发展相对更好实现且差距更大的设计难道不对?
再说了,胡工并没有说我们不需要在工艺上跟进,他的意思明显是说要先做好架构的设计,整天说人家用我们也用的,你们知道5nm的价格吗?
展瑞的7520,去年年初就官宣了,现在才说已经流片成功,整个开发成本超过2亿美元,出货量不超过1000万片连前期投入都收不回来,这些钱你出吗?
别站着说话不腰疼。
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