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英特尔14nm工艺技术超前,那晶体管的实际性能如何?

威锋网?? 2016年03月01日 ?? 收藏0
过去几年时间里,英特尔虽然在桌面领域仍过着“无敌是多么空虚”的日子,但是围绕其芯片制造技术的话题讨论越来越多了,特别是与很多开始被人熟知的芯片制造厂商相比,比如台湾的芯片制造商台积电。

  很多话题讨论的开始,均是基于每一次非英特尔芯片制造商对制造工艺的升级。最初,台积电和三星明确表示,将以最快的速度从“20 纳米”过渡的“14/16纳米”,而且将会重点发展称之为“FinFET”的晶体管结构器件,重点宣传新工艺相比传统而言芯片面积将得到大幅缩减,适配每一代工艺制程。

  另一方面,当时英特尔也正处于 22 纳米工艺技术到 14 纳米的过渡中,并且英特尔也掌握了第二代 FinFET(Tri-Gate)器件技术。不过,英特尔的动作太慢了,导致三星和台积电各自挑衅称,其 16 和 14 纳米已经领先英特尔,而英特尔仍无法完全脱离 22 纳米的工艺制程,并且还有事实证明,台积电的 20 纳米工艺的晶体管密度比英特尔的 22 纳米更高。

  英特尔从 22 纳米过渡到 14 纳米的时间实在过于漫长,这点不假,而且英特尔也意识到了,在工艺制程技术同步发展的过程中,晶体管密度的竞争相当重要。事实上,面对民间乃至业界广为谈论的误导性话题,英特尔并没有刻意的做任何回应,但当英特尔正式公布自家 14 纳米技术时,才真正确定了不可动摇的领先地位。

  下图为英特尔官方提供的逻辑面积比例图:

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  从这个英特尔的图来看,英特尔承认自家的 32 纳米不如 28 纳米工艺,主要是指栅极与栅极之间的间距前者不如后者。再到 22 纳米与 20 纳米工艺的对比,结果亦是如此。不过,确实只有在 14 纳米和 16 纳米工艺节点,才超过了其余竞争对手,确立起领先的地位。

  所以,三星和台积电所说的都是事实,这两大越来越出色的芯片代工厂在 20 纳米制程时代确实领先于英特尔 22 纳米。但不可否认英特尔新一代 14 纳米更为出色,至少晶体管密度的优势上超过了其他对手的 14/16 纳米工艺节点。

  工艺是一回事,那晶体管的实际性能呢?

  多年以来,英特尔从未放弃过任何吹嘘自己的芯片技术,只是在台积电和三星上位之后收敛了很多。而且,难能可贵的是英特尔竟然没有过度宣传自家的第二代 FinFET 工艺,毕竟其余竞争对手在其 14 纳米问世时,均处于第一代 FinFET 工艺水平。简单的说,英特尔 14 纳米正式问世之初,从晶体管性能的角度来看,整整领先了竞争对手一代。

  在很多对芯片深度评测的机构报告中,尤其是权威站点 ChipWorks,我们可以看到英特尔 14 纳米晶体管所有性能指标均领先于其他竞争对手。更重要的是,ChipWorks 通过先进的透射电子显微镜观察分析发现,英特尔 14 纳米芯片的晶体管鳍片间距做得最为紧密,堪称这个星球上迄今最先进的半导体工艺,全面领先代工厂的 14/16 纳米。

  英特尔 22 纳米和 14 纳米晶体管鳍片细节对比:

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  所以,质疑英特尔在晶体管性能优势竞争中落后的人都该闭嘴了。为什么,将下面三星的 14 纳米 FinFET 工艺晶体管细节与上面英特尔的对比就能明白。在 22 纳米时代,英特尔的晶体管鳍片的确不够出色,但 14 纳米鳍片看起来已近乎“垂直”,使得了鳍片更高、更薄,更易于提高晶体管的驱动电流和性能。

  而三星的 14 纳米 FinFET 工艺晶体管细节,请注意看,很显然更像是 2011 年英特尔 22 纳米工艺时代的水平,宣称超越难免有点大嘴了,毕竟无论如何还是基于第一代 FinFET 工艺打造。

  三星 14 纳米 FinFET 晶体管细节图:

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  当然了,性能突飞猛进不太现实,而且英特尔考虑到了移动领域和其他应用的竞争,毕竟在这些领域不需要非常高的 CPU 频率。但说到频率,英特尔的 14nm 驾驭大于 4GHz 不会存在任何技术障碍,而代工厂的 14/ 16 纳米当前仍然相当困难。

  代工厂一直在进步

  不可否认,在芯片制造业,各大代工厂尤其是三星和台积电的进步非常之大,并且正在加快步伐缩减与英特尔的技术差距,尽管英特尔长期处于领先,但当前十分需要将差距拉开更大。

  我们不清楚英特尔是否是缺乏竞争压力,但在移动领域,三星 14 纳米 FinFET、台积电 16 纳米 FinFET 两大工艺的竞争可谓空前惨烈,从合伙代工苹果 A9,到争抢各路订单,杀得好不热闹。更重要的是,两大代工厂已经做好了部署全新工艺制程的准备,不止是第二版,还包括第三版。

  例如说,台积电第一代是标准的 16 纳米 FinFET 工艺,之后推出的第二代 FinFET Plus(FF+) 增强版已经部署。至于下一代 FinFET Compact(FFC)也已经完成了设计研发,并确定本季度就可以投入量产,提前了大半年。

  三星方面,其第一代 14 纳米是 Low Power Eatly(LPE),现在第二代 Low Power Plus(LPP)已经开始量产,重点产品为 Snapdragon 820 和 Exynos 8890。三星高管声称,衍生于第二代的下一版 14 纳米也将很快推出。

  更长远的计划上,无论是三星和台积电都已经开始朝着 10 纳米的目标迈进。台积电表示,10 纳米今年即可试产,正式批量生产等到 2016 年年底,或者是 2017 年的第一季度。至于三星也提供了大概相同的线路图,坚称 2016 年年底 10 纳米就可量产,2017 年一定会出现在手机和平板电脑上。

  反观英特尔,不仅桌面处理器“Tick-Tock”策略在两年前已经被打破,而且第一款基于 10 纳米工艺的产品按计划要等至 2017 年下半年才能推出。除非英特尔改革研发模式,否则今年年底将丧失工艺领先的地位。作为半导体芯片领域的巨头,英特尔长期自信满满,但在当前竞争环境中,还真的得加把劲了。


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晶体管? 芯片? 半导体?

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