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架构、制程双重挑战,Intel遇中年危机?

2017-01-17

2009年至今,ARM处理器制程从45nm跃进至10nm,加之架构迅速迭代,性能提升了100倍——iPad Pro自诩超越80%的便携PC,Mali-G71扬言媲美中端笔记本独显。

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那么Intel似乎有些不妙

对于PC而言,这就很尴尬了,尤其是IC设计、晶圆制造两头包办的巨人——Intel。微软、高通急不可耐地联姻Win10和骁龙835,这叫Intel老脸往哪搁。

不过这个大黑锅,好像要自己背。原来“工艺年-架构年”的钟摆式升级,变成了“Tick-Tock-优化”三年一循环。那么Intel是不是处于架构、制程的双重危机呢?

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第一个问题,在处理器性能上,ARM架构击败x86架构了吗?答案是并没有,毕竟两者的功耗和散热设计远不能相提并论,且前者运行Win10还需要模拟器,存在效率转换问题。

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第二个问题,在芯片制程工艺上,ARM阵营在超越Intel了吗?三星和台积电将在2017年初商用量产10纳米工艺节点,Intel商用则要落后一步至2017年底 。看似不妙,不是吗?

如出一辙的FinFET工艺

在传统的平面MOSFET结构中,硅基底(Sub)顶部与氧化层(Field Ox.)齐平,相接于栅极(Gate)的底面。电流方向从Source流向Drain,由栅极控制电路接通与断开。所以一般用栅极(Lg)衡量芯片制程工艺,这一特征尺寸当然是越小越好。

注意特征尺寸只代表最小的工艺水平,也叫做最小线宽,只用在最关键的部位上。当栅极长度逼近20纳米大关时,对电流控制能力急剧下降,漏电率相应提高。

这时候需要用到FinFET技术(鳍式场效应晶体管),将电路通道升高为鲨鱼鳍形状,三面与栅极接触,

降低漏电和动态功率损耗,改善功耗和发热。

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三星、台积电采用10纳米FinFET工艺节点,Intel则称作三栅极(Tri-Gate)3D晶体管设计,本质技术没有什么差异。不过Intel实践得早一些,22纳米就用上了FinFET。

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半导体工艺的“魔术数字”

根据以上的介绍可以知道,工艺节点只是最小线宽,无法作为单一参数衡量半导体集成度。我们还需要比较栅极、鳍的间距,以此衡量晶体密度。

14纳米FinFET工艺下,三星栅极、鳍的间距为84/78纳米、78纳米,大于Intel的70纳米、64纳米;10FinFET纳米工艺下,三星栅极间距为64纳米,大于Intel的54纳米。

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Intel虽然工艺制程听起来一般,但具有令人惊讶的密度优势。台积电、三星的工艺数字都经过不同程度的“美化”,甚至传言联发科内部有一套换算方式:台积电的16纳米等于英特尔的20纳米,这里不做考证了。

根据一份泄露的三星半导体路线规划,10纳米FinFET共有3代,其中10LPE、10LPP的性能相比14LPP进步10%、20%。三星对外宣称的27%性能提升可能是最终的10LPU。Intel的10纳米工艺迭代更新三次,但栅极

间距、晶体管密度要好过三星和台积电。

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不过Intel时间上落后半年,喜忧参半。因为10纳米对于任何一家都是全新尝试,不仅仅涉及CPU 体质问题,直接影响到良率,三星和台积电赶工面临的问题可能要更加严峻。

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来自Intel的反击

在IDF2016(Intel Developer Forum)上,Intel宣布与ARM达成了新的授权协议,未来将可能代工ARM架构芯片,无疑对三星和台积电的业务造成潜在的冲击。

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同样是10纳米制程,迟到的Intel确实更厉害些。不过迟到毕竟是迟到,曾经Intel巨大的领先优势正被三星和台积电慢慢赶上,牙膏厂也要加把劲了。

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