¿Qué está pasando exactamente con los procesadores de 3 nm y 10 nm?

Se puede decir que la reciente industria de los chips está llena de grandes noticias.

El ex TSMC acaba de anunciar que su proceso de 3 nm se producirá oficialmente en masa en la segunda mitad de 2022. En un abrir y cerrar de ojos, añadió otro fuego a su búsqueda, anunciando que su proceso de 2 nm La investigación y el desarrollo de procesos también han logrado un éxito sustancial. Casi al mismo tiempo, Intel, que ha estado exprimiendo pasta de dientes durante todo el año, también anunció sus planes de lanzamiento de procesadores de 10 nm y 7 nm. Con esta serie de grandes noticias, Xiao Hei solo pudo decir:

"Nunca había visto una vista tan espectacular en toda mi vida.

Sin embargo, para la gente común. Para los usuarios, lo realmente importante es si los 10 nm de Intel están realmente por detrás de los 3 nm de TSMC como indican los números, y qué impacto tendrán estos avances en el uso real.

¿Cuál es el concepto de nm (nanómetro) en la tecnología de procesadores?

Creo que todo el mundo ya tiene muy claro el concepto de nm (nanómetro), y el número de nm en el proceso de fabricación del procesador se refiere a la puerta del chip (puerta, que se utiliza para controlar el ánodo). intensidad de corriente para, por lo tanto, el ancho mínimo del componente que amplifica la señal).

Dicho esto, todo el mundo debería poder pensar en ello: cuanto menor sea el número antes de la unidad nm, más componentes electrónicos se podrán acomodar en un chip del mismo tamaño, logrando así velocidades de cálculo más rápidas.

▲ La densidad de componentes de los chips actuales ya es bastante sorprendente.

Por supuesto, los beneficios de reducir el ancho de la puerta no se limitan a esto. Desde la perspectiva del diseño del chip, cuanto menor sea el ancho de la puerta, menor será la pérdida cuando la corriente pase a través del chip.

Esto se debe a que después de reducir el ancho de la puerta, la distancia entre componentes también se reducirá, por lo que la capacitancia entre transistores (es decir, los componentes básicos en productos electrónicos) será menor. El consumo de energía de los transistores al conmutar señales electrónicas es proporcional a la capacitancia, lo que les permite ahorrar más energía y al mismo tiempo tener frecuencias de conmutación más rápidas.

▲ La estructura general del transistor, la flecha en la parte gris representa la dirección de la corriente

Especialmente en los procesadores de teléfonos móviles, porque el espacio interno del propio teléfono móvil es Es muy pequeño y el suministro de energía del teléfono móvil se realiza a través de baterías, por lo que con el mismo tamaño de chip, es natural buscar una velocidad de computación más rápida y un menor consumo de energía.

La tecnología de procesos se está volviendo cada vez más "microscópica", razón por la cual las computadoras pueden evolucionar desde gigantes que ocupan una habitación entera y consumen grandes cantidades de electricidad hasta una delgada computadora portátil en tan solo unas pocas décadas, incluso computadoras portátiles. tienen mucha más potencia informática que los gigantes de hace décadas.

▲ Las primeras computadoras eran enormes debido al proceso de fabricación.

Por lo tanto, en la mayoría de los casos, “cuanto mejor sea la tecnología del proceso del procesador (es decir, cuanto menor sea el número de nm), menor Cuanto mayor sea el procesador, mejor será el rendimiento de la máquina". Esta frase es bastante buena.

¿Están realmente muy lejos los 14nm de Intel y los 5nm de TSMC?

Los amigos que saben algo sobre la industria de los chips deberían recordar que los procesadores de Intel siempre han utilizado el proceso de 14 nm. En términos del número de nanómetros de la tecnología de proceso, es incluso inferior a su antiguo rival AMD. El proceso de 7 nm utilizado en los procesadores más recientes, sin mencionar el proceso de 5 nm que TSMC acaba de producir en masa oficialmente.

Pero la verdadera pregunta es la que Xiaohei mencionó al principio: ¿Son realmente inferiores los 14nm de Intel a los 5nm de TSMC? Para responder a esta pregunta, tenemos que comenzar con las diferencias de pensamiento entre los dos.

▲ La idea de AMD es optimizar la arquitectura y mejorar la tecnología de proceso.

En 2015, Intel fue el primero en la industria en lanzar un procesador basado en la tecnología de proceso de 14 nm, pero en En los siguientes cinco años, Intel y sus competidores han elegido caminos diferentes en las actualizaciones de procesadores: según el plan original, el procesador de proceso de 10 nm de Intel debería lanzarse en 2016, pero hasta que TSMC y los productos de proceso de 5 nm de Samsung hayan comenzado la producción en masa. Aunque los productos de 10 nm de Intel han comenzado Ya se han producido, los productos de 10 nm de Intel todavía se encuentran en "producción en masa planificada".

▲ Érase una vez, Intel también fue pionera en la exploración de tecnología de procesos

Entonces, ¿qué tipo de pasta de dientes ha exprimido Intel en los últimos cinco años?

La respuesta es: optimizar continuamente la arquitectura de los productos de 14 nm. En los cinco años transcurridos desde 2015 hasta ahora, Intel ha lanzado cuatro generaciones de productos, desde el Sky Lake de sexta generación hasta el Coffee Lake-R de novena generación, basados ​​en la tecnología de proceso de 14 nm. Cuando se le pregunta cuándo se anunciarán los productos de 10 nm, Intel siempre lo descarta con una frase:

"Aún hay margen de mejora en el proceso de 14 nm".

▲ La historia de desarrollo del proceso de 14 nm de Intel

Por lo tanto, AMD pudo captar una gran participación de mercado con la ayuda de TSMC en la primera mitad de este año e Intel Toothpaste. La fábrica ha hecho muchos logros.

▲ Con una búsqueda rápida, puedes encontrar las quejas de los internautas sobre exprimir la pasta de dientes.

En términos de datos, los 14 nm actuales de Intel parecen estar varias generaciones por detrás de los 5 nm de TSMC, pero en. uso real, si dejas de lado la marca y solo miras el proceso de fabricación, la diferencia entre los dos en realidad no es fácil de distinguir.

De hecho, aquí se pueden poner dos ejemplos. El primer ejemplo es que podemos comparar el clásico iPhone 7s con el iPhone 11 del año pasado. El primero utiliza el procesador A10 Fusion de proceso de 16 nm, mientras que el segundo utiliza el procesador A13 de proceso de 7 nm. Pero en el uso real, no hay una diferencia obvia entre los dos teléfonos móviles en manos de Xiaohei.

Otro ejemplo es la CPU del ordenador. Según el gráfico de clasificación de CPU actualizado en julio por un sitio web de TI, AMD tiene una ventaja absoluta en las CPU de computadora de alto nivel, pero si observa el precio del i9-10980XE, incluso si no está en la cima, puede Entienda: Este definitivamente no es el procesador que elegirán los consumidores comunes como yo.

▲ Una CPU equivale al precio de una computadora de alta gama.

De hecho, incluso si Xiaohei compró una computadora portátil equipada con un procesador i7-6700HQ hace 4 años, ahora usted Puede utilizar varios programas de oficina sin problemas y también puede manejar juegos diarios y edición de videos.

Por lo tanto, técnicamente hablando, la tecnología de proceso actual de Intel está lejos del nivel superior de la industria. Sin embargo, por un lado, excelentes soluciones arquitectónicas pueden compensar parcialmente esta brecha. En el uso real, por otro lado, esta diferencia no es tan obvia.

De hecho, esto implica un término común en la industria de TI llamado "desbordamiento de rendimiento", es decir, las configuraciones convencionales de teléfonos móviles y computadoras han superado con creces las configuraciones actuales e incluso a gran escala. Algunos usuarios lo utilizan (a menos que tenga una edición de vídeo más profesional o necesidades extremas de juego).

Mientras Xiaohei escribía este artículo, llegó otra noticia explosiva de la industria de los chips:

NVIDIA lanzó la tarjeta gráfica de la serie RTX 30 basada en la tecnología de proceso de 8 nm de Samsung. Con la ayuda de la tecnología de 8 nm, incluso el RTX 3070 más común de la serie 30 tiene un rendimiento comparable o incluso superior al del modelo insignia RTX 2080Ti original, y el precio es solo la mitad de este último. Recientemente hubo un nuevo chiste en Internet: Jugadores que compraron 2080Ti hace una semana, ¿cómo se sienten?

Por lo tanto, es natural que los fabricantes busquen mejores procesos de fabricación, pero como consumidores, cuando realmente compran teléfonos móviles y computadoras, aún deben pesarse los bolsillos y no permitir que tragedias como la anterior vuelvan a suceder. . sucedió.