2009年至今,,ARM處理器制程從45nm躍進(jìn)至10nm,,加之架構(gòu)迅速迭代,,性能提升了100倍——iPad Pro自詡超越80%的便攜PC,,Mali-G71揚(yáng)言媲美中端筆記本獨(dú)顯,。
那么Intel似乎有些不妙
對于PC而言,,這就很尷尬了,,尤其是IC設(shè)計,、晶圓制造兩頭包辦的巨人——Intel。雖說Wintel式微,,但微軟,、高通急不可耐地聯(lián)姻Win10和驍龍835,這叫Intel老臉往哪擱,。
不過這個大黑鍋,,好像牙膏廠要自己背。原來“工藝年-架構(gòu)年”的鐘擺式升級,,變成了“Tick-Tock-優(yōu)化”三年一循環(huán),。那么Intel是不是處于架構(gòu)、制程的雙重危機(jī)呢,?
第一個問題,,在處理器性能上,,ARM架構(gòu)擊敗x86架構(gòu)了嗎?答案是并沒有,,畢竟兩者的功耗和散熱設(shè)計遠(yuǎn)不能相提并論,,且前者運(yùn)行Win10還需要模擬器,存在效率轉(zhuǎn)換問題,。
第二個問題,,在芯片制程工藝上,ARM陣營在超越Intel了嗎,?三星和臺積電將在2017年初商用量產(chǎn)10納米工藝節(jié)點(diǎn),,Intel商用則要落后一步至2017年底 ??此撇幻?,不是嗎?
如出一轍的FinFET工藝
在傳統(tǒng)的平面MOSFET結(jié)構(gòu)中,,硅基底(Sub)頂部與氧化層(Field Ox.)齊平,,相接于柵極(Gate)的底面。電流方向從Source流向Drain,,由柵極控制電路接通與斷開,。所以一般用柵極(Lg)衡量芯片制程工藝,這一特征尺寸當(dāng)然是越小越好,。
注意特征尺寸只代表最小的工藝水平,,也叫做最小線寬,,只用在最關(guān)鍵的部位上,。當(dāng)柵極長度逼近20納米大關(guān)時,對電流控制能力急劇下降,,漏電率相應(yīng)提高,。
這時候需要用到FinFET技術(shù)(鰭式場效應(yīng)晶體管),將電路通道升高為鯊魚鰭形狀,,三面與柵極接觸,,降低漏電和動態(tài)功率損耗,改善功耗和發(fā)熱,。
三星,、臺積電采用10納米FinFET工藝節(jié)點(diǎn),Intel則稱作三柵極(Tri-Gate)3D晶體管設(shè)計,,本質(zhì)技術(shù)沒有什么差異,。不過Intel實(shí)踐得早一些,22納米就用上了FinFET,。
半導(dǎo)體工藝的“魔術(shù)數(shù)字”
根據(jù)以上的介紹可以知道,,工藝節(jié)點(diǎn)只是最小線寬,,無法作為單一參數(shù)衡量半導(dǎo)體集成度。我們還需要比較柵極,、鰭的間距,,以此衡量晶體密度。
14納米FinFET工藝下,,三星柵極,、鰭的間距為84/78納米、78納米,,大于Intel的70納米,、64納米;10FinFET納米工藝下,,三星柵極間距為64納米,,大于Intel的54納米。
Intel雖然工藝制程聽起來一般,,但具有令人驚訝的密度優(yōu)勢,。臺積電、三星的工藝數(shù)字都經(jīng)過不同程度的“美化”,,甚至傳言聯(lián)發(fā)科內(nèi)部有一套換算方式:臺積電的16納米等于英特爾的20納米,,這里不做考證了。
根據(jù)一份泄露的三星半導(dǎo)體路線規(guī)劃,,10納米FinFET共有3代,,其中10LPE、10LPP的性能相比14LPP進(jìn)步10%,、20%,。三星對外宣稱的27%性能提升可能是最終的10LPU。Intel的10納米工藝迭代更新三次,,但柵極間距,、晶體管密度要好過三星和臺積電。
不過Intel時間上落后半年,,喜憂參半,。因?yàn)?0納米對于任何一家都是全新嘗試,不僅僅涉及CPU 體質(zhì)問題,,直接影響到良率,,三星和臺積電趕工面臨的問題可能要更加嚴(yán)峻。
來自Intel的反擊
在IDF2016(Intel Developer Forum)上,,Intel宣布與ARM達(dá)成了新的授權(quán)協(xié)議,,未來將可能代工ARM架構(gòu)芯片,無疑對三星和臺積電的業(yè)務(wù)造成潛在的沖擊,。
同樣是10納米制程,,遲到的Intel確實(shí)更厲害些,。不過遲到畢竟是遲到,曾經(jīng)Intel巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢正被三星和臺積電慢慢趕上,,牙膏廠也要加把勁了,。