京东把哪些游戏列为禁售,中芯国际只论性能,把14纳米芯片做大,性能是否达到7纳米水平

14nm制程的芯片,通过做大体积,可以实现7nm的工艺的性能京东把哪些游戏列为禁售。

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并且已经在实际中有案例应用这个理念:云手机,超算都是,这个理念的典型代表。

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但是14nm芯片要花费的一次成本要比7nm的成本要高出4倍以上,后续产品使用中需要花费的二次费用单位时间要比别人高出2倍以上。(后面说一次成本,二次成本的问题)

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先来说说,通过做大体积为什么能够实现7nm的性能?超级计算机都知道吧,可以实现1秒1千万亿次的浮点计算(现在已经更高了)。这种超级计算机还是使用的当下主流的14nm芯片的制程工艺,使用了数千,数万块的存储和芯片来构成。

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这就是一个典型的通过堆硬件,增大体积做到超高计算性能的案例。

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当然超算可不仅仅是硬件的堆积,还有还需要机房的整个软件架构的布局。

超算中心机房

前段时间华为发布了:云手机,不知道有几个人关注过?

华为云手机

这个东西的核心原理就是:手机本身的芯片可以降低性能,需要计算的各类数据,通过5G网络快速的传送到服务器上面,用大型服务器的计算能力,来帮忙计算,然后将计算结果传送到手机。

比较典型的例如:渲染图片,视频,游戏等等。多个应用共同运行时,通过云端实现多线程运行。

这种应用的核心其实是,将多个14nm制程芯片的性能一起堆叠起来构成一个机房,比拼一个7nm制程的芯片。

原理上说,同14nm增大体积达到更高的7nm制程芯片,是一样的含义。

这样就是一个:终端低配,云端高配的“云手机”。

那么既然可以通过堆积硬件,解决性能问题,为什么我们还要追求7nm,5nm,甚至是1nm制程呢?这就要说到,芯片本身的情况了。

所谓的14nm,7nm是指光刻机蚀刻机的光源波长。

如果想要通俗的理解,那就是14nm的刻线光源波长要比7nm更长,刻线的宽度更宽。但是这里有一个需要注意,实际的蚀刻中蚀刻的线槽并不是2倍的宽度关系。(光源照射蚀刻液,蚀刻液腐蚀硅片)。

芯片放大的晶体管图

一个芯片的光刻过程要经过30次左右的光刻过程。

实际刻出来的线路槽

事实上光刻是重复性的过程。光刻——金属沉积进入蚀刻后的槽中——化学清洗不需要的金属(铜)——再光刻——再沉积——再清洗……。如此往复。

最终形成的整个硅片上面的电路是一个立体化的,并不是一层,一般情况都在10层以上,数千万,甚至数亿的门电路。

光刻机的光刻过程

那么这里可以回到问题:单个芯片14nm和7nm工艺制程的差距如果要让14nm达到7nm工艺状态下,门电路的数量相同。(暂且不考虑集成度,以及各类功率的问题,这个后面聊)

在硅片厚度一定的状态下,14nm制程芯片面积至少是7nm芯片的4-6倍。

这个差距就很明显了。实际情况下,7nm芯片要达到14nm芯片的性能也不需要同14nm芯片有相同数量的门电路数量。

晶体管越小后,整个芯片集成度越高,同时能耗也可以做的更低。

其实是后续的能耗问题,直接决定了,手机,电脑等设备电池的大小,以及终端设备的大小问题。

这也就是说到,我们最开始关于:一次成本,二次成本的问题。

一次成本是芯片材料消耗的成本,14nm体积大消耗的材料更多,由于芯片良品率本身就不能达到100%的情况。所以残次品也要算到一次成本中。这样就造成了,14nm芯片想要高性能,就需要付出更大的成本。

二次成本,就是我们说的能耗,终端散热,以及终端体积过大,有多少人愿意,为这个又大又笨拙的芯片买单的市场成本问题。很显然二次成本,伴随着芯片使用量越大,14nm制程工艺想要达到7nm芯片需要付出翻倍以上的成本。

这也是为什么中芯国际实现了14nm制程,依然要不断追求7nm的核心原因。一旦7nm普及,14nm的竞争力是呈现10一倍以上竞争力下降。可喜的是,中芯国际目前N+1制程可以实现7nm。但稳定生产还需要时间。

2022-06-10

2022-06-10