10nm快登场 还没弄懂手机处理器工艺吗

2016-03-09 12:37:45来源: 手机中国
    最近看科技新闻,经常看到10nm、7nm处理器工艺最新报道,14/16nm才经历了两代产品的更替,不禁概叹芯片制程的发展日新月异。一直以来的半导体行业,尤其是处理器的工艺制程和架构都是技术宅所关心的内容。其中,在工艺改进 骁龙820比骁龙810提升了啥也有系统性地介绍过很多和芯片工艺制程相关的知识,但是当时只是提到28nm、20nm这些概括性的时间节点,其实同为28nm制程,不同芯片厂商之间会有不同的工艺分类,即使是同一家厂商,也会细分为高性能和低能耗的制造工艺,今天我们就来聊聊那些FinFET、3D FinFET、HPM等不明觉厉的行业术语。之前在Plus/Note/Pro 智能机这些后缀都啥意思介绍过Plus、Pro、Prime、Pure这些那么相似的后缀具体是什么意思,今天我们也来看看HPM、HP、HPC+、 HPC、HPL这些形似神不似的专业术语究竟有什么区别?
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  下文内容和芯片制造业相关,所以先和各位读者回顾一下三种不同的芯片厂商:IDM、Fabless、Foundry。IDM就是指Intel和三星这种拥有自己的晶圆厂,能够一手包办IC设计、芯片制造、芯片封装、测试、投向消费者市场五个环节的厂商。Fabless则是指有能力设计芯片架构,但是却没有晶圆厂生产芯片,需要找代工厂代为生产的厂商,知名的有Qualcomm、苹果和华为。代工厂(Foundry)则是大名鼎鼎的台积电和 GlobalFoundries。

  预备知识聊完了,接着我们看看从55nm开始一直回顾到如今的14/16nm节点,看看都有哪些经典的处理器工艺分类出现过。PS:由于每个节点的工艺分类都比较多,所以下文以智能手机处理器为主。

  不同工艺节点的工艺分类详解

  55nm

  在55nm节点,对智能手机而言,台积电ULP(Ultra low power)工艺分类值得一说,在40/45nm和28nm,台积电都有保留这种工艺分类。

  采用55nm的ULP工艺,代表作有Nvidia显卡中GPU核心:G200b和G92b

  40/45nm

  在40/45nm节点,台积电三种比较常见工艺分类,分别为LP(低耗电)、G(通用)和ULP(Ultra low power)。LP工艺我们放在下面28/32nm中一起讲,因为该工艺节点的处理器会多一点。

  在工艺改进 骁龙820比骁龙810提升了啥一文中我们已经说过,台积电在40/45nm工艺节点能够同时生产出同一代两种制程的芯片,这是比较特别的。

  45nm代表处理器:骁龙S2和骁龙S3

  40nm代表处理器:MT657x和Tegra2(全球首颗双核手机处理器)、Tegra3(全球首颗四核手机处理器)

 当年发热厉害的HTC One X被Tegra 3坑了

  在45nm节点,还有Intel和三星处理器也是值得一提的,这两家IDM巨头厂商很少向外界公布每一代节点工艺分类,只是简单地统称为HKMG,当然HKMG也是一个可以展开来说的关键术语,下文会介绍。

  Intel在45nm的代表有两代不同架构的PC处理器:Penryn和Nehalem,Penryn是Core架构的工艺改进版,Nehalem则是 全新的架构,这也是符合Tick-Tock定律的演进。Nehalem架构进一步对Core Microarchitecture进行了扩展,这一代架构历史低位相比Core架构同样重要,引入第三级缓存(L3 Cache)和QPI总线提高CPU整体工作效率,同时将内存控制器(IMC)整合到CPU,提高CPU集成度,当然还有重新回归的超线程(多线程)技 术,配合Intel历史上首次出现四核心处理器,定位最高的i7处理器能够实现四核心八线程的运算能力。

  三星在45nm的代表作则有Exynos 3110、Exynos 4210、苹果A4和苹果A5/A5X。

 一代经典iPhone 4(苹果A4处理器)

  28/32nm

  时间来到了移动处理器(特指手机处理器)最为经典的一代制程节点——28/32nm。主要是整个行业负责生产手机处理器的厂商停留在28nm节点的时间 过长,除了Intel在PC处理器上率先越过28/32nm节点,GlobalFoundries、三星、台积电等厂商基本上都受制于技术瓶颈,将28 /32nm工艺制程连用了几代处理器。

  GlobalFoundries由于缩写为“GF”,所以被业界戏称“女朋友”,“女朋友”和 AMD一直走得比较近,加上和AMD曾经有着血缘关系,导致如今主要客户基本上都是AMD,在28/32nm节点上,“女朋友”一共出现了HPP、HP、 SLP(都是28nm)和SHP(32nm)四种主要工艺分类。由于和手机处理器关系不大,这里不展开介绍了。

  台积电方面,在这一代制程节点,出现了HP和LP两大类的工艺分类。

  HP(High Performance):主打高性能应用范畴。

  LP(Low Power):主打低功耗应用范畴。

  为了满足不同客户需求,HP内部再细分HPL、HPC、HPC+、HP和HPM五种分类,下面小编将它们的缩写还原成全称,看到全称之后,读者应该不难理解它们的含义。

  先来插入一条备注,在工艺制程领域,我们常常讨论“漏电”一词,简单来说,就是指伴随着工艺制程提高,CPU集成更多的晶体管,二氧化硅绝缘层变得更薄,从而导致电流泄漏。

  电流泄漏最大问题就是增加了芯片的功耗,为晶体管本身带来额外的发热量,还会导致电路错误,CPU为了解决信号模糊问题,又不得不提高核心电压,综上所述,漏电率越低,对CPU整体性能表现和功耗控制更加有利。下面我们看看HP这五种工艺分类在性能和漏电上表现如何?

  HPL(High-Perf Low-Leakage):漏电率虽然低,但是性能上表现却不高。当年Nvidia的Tegra 4处理器,为了控制惊人的功耗和发热,不得不使用HPL这种工艺分类,无奈最终还是压制不住自身的发热,被迫将主频限制在比较低的运行状态,搭载了高频版 Tegra 4的Nvidia Shield掌机只能够通过主动散热(内部安装风扇)解决问题。

 小米手机3率先开售的移动版(采用Tegra 4处理器)

  HP(High Performance):虽然性能比较强,但是漏电率不低,仅限生产PC上处理器和显卡中CPU/GPU等高性能部件,对于手机处理器并不适合。

  HPM(High-Perf Mobile):为了更好地优化HP这种工艺,将其移植到手机处理器上,台积电推出了HP工艺升级版——HPM,漏电率稍微比HPL高一点,但是性能上却 超越了HP,成为目前台积电在28nm制程节点上最受欢迎的工艺分类。代表作有:骁龙800系列,主要是骁龙800、骁龙801和骁龙805,还有最新的 骁龙600系列两款新品——骁龙652和骁龙650。联发科方面则有Helio X10、MT6752、MT6732、MT6592、MT6588经典产品。华为P8上面的麒麟930和Nvidia的Tegra K1也是采用了HPM工艺分类。

 华为P8(麒麟930)

  上文提到的LP工艺分类,虽然在漏电率和性能上都不占优势,但是却因为成本低,而且出现时间比较早,技术比较成熟,所以骁龙400和骁龙600系列的中 低端处理器都十分喜欢使用这种工艺分类,包括昔日的骁龙615、骁龙410,现在唱主角的骁龙616和骁龙617以及即将到来的骁龙425、骁龙430和 骁龙435。联发科方面也是,MT6753和MT6735这两颗全网通的芯片采用了LP这种工艺打造。特别说明的是,它们俩的上一代产品MT6752和 MT6732则是采用了HPM这种更高等级的工艺分类,不过不支持全网通。相比之下,上述提到的骁龙400和骁龙600系列处理器基本上已经全面普及三网 通吃。

  HPC(High Performance Compact)和HPC+(High Performance Compact Plus)则是台积电最近两三年才兴起的两种新工艺,后者代表作为联发科最新中端级别处理器Helio P10。 HPC+相比HPC在同等漏电率下性能提升15%,换句话说,在同等性能下功耗降低30-50%。

 金立S8(Helio P10)

  20/22nm

  无论是PC还是手机处理器,这个工艺节点的芯片很快就退出了历史舞台,被14/16nm处理器抢占市场。PC领域的Intel虽然很早就量产了这个节点 的处理器,但是因为Tick-Tock定律的驱使,使用了两代处理器(IvyBridge和Haswell)就开始进入14/16nm时代。由于对手 AMD的工艺制程(28/32nm)停滞不前,加上光刻技术并没有取得重大突破,同时如今PC市场也并不需要换代换得那么频繁,多方面因素作用下,最终让 Intel的“Tick-Tock”定律在14/16nm这一代节点上慢下来,更加衬托出20/22nm这一代产品持续时间并不长。

  手 机处理器方面也一样,20/22nm制程节点上,台积电用了足足几年时间才克服漏电率和产能的问题,直到如今还依然不能够全面供货给Nvidia、 AMD、Qualcomm、联发科这些昔日的合作伙伴,据外媒报道,台积电对外宣传指20nm的SoC并不适合用在PC领域的芯片上,所以显卡领域才那么 久没有更新20nm制程,停留在28nm那么多年。事实是否如此?谁知道呢?Qualcomm和联发科能够用上20nm的处理器也屈指可数,骁龙810、 骁龙808和命途多舛的Helio X20。外界也有声音称20nm的SoC漏电率一直很严重,导致Qualcomm和联发科两位客户一直都不太满意,但是苹果A8和苹果A8X很早就用上了 台积电20nm SoC工艺,也没见iPhone 6和iPhone 6 Plus上面出现什么致命的功耗发热问题,别有内情吧,呵呵!

 全球首款搭载骁龙808智能机——LG G4

  三星在20/22nm上两款经典处理器为Exynos 5430和Exynos 7(7410),也就是分别搭载在三星Galaxy Alpha和三星Note 4上面的两颗处理器,三星也是从这个时候开始赶上台积电和Intel,不久后和台积电、Intel同时迈进14/16nm工艺制程节点。

 三星Note 4(Exynos 7系处理器)

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关键字:高通  台积电  三星

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016030952088.html
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