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回顾Intel/AMD代表性处理器及工艺变化

2018-01-26 02:15:19    来源:互联网    

  在最近几代Tick-Tock升级中,IVB处理器的地位最为独特——它属于Tick环,也是工艺升级m,但是Intel对它的描述是“不只是Tick+”,因为该节点Intel除了升级到22nm工艺之外还量产了3D晶体管工艺,其他半导体公司的叫法是FinFET工艺,原理上都类似,就是把晶体管从平面变成了3D立体式的。

  3D晶体管带来的好处就是:与Bulk、半耗尽型PDSOI、全耗尽型FDSOI工艺相比,较低的电压下性能提升37%,同性能下功耗减少50%;提高了晶体管开关速度;对于给定的晶体管则有更高的驱动电流;成本上只增加了2-3%,相比FDSOI工艺增加10%的成本而言大大降低。

  在Intel大步升级制程工艺的同时,AMD这时候却做出了惊人的决定——多年的重负之下AMD终于选择了拆分晶圆业务,与阿布扎比高级技术投资公司(ATIC)成立了GlobalFoundries(格罗方德)公司,AMD占股1/3,但随后AMD不断减持,最终在2011年抽身,被称为AMD女朋友的GF最终变成了独立晶圆代工公司。

  此后,AMD在K10架构TLB问题之后推出了改进版的Phenom II处理器(虽然大家说是K10二代架构,但官方表示只有1个K10架构),制程工艺是45nm SOI。

  2011年AMD在K10架构之后拿出了“革命性”的推土机(Bulldozer)模块化架构,与当时主流的X86架构相比,AMD的模块多核架构很有前瞻性,理念还是很超前的,FX-8150还成为首款桌面8核处理器,制程工艺也升级到了32nm SOI。

  但是AMD的模块多核并没有成功——至少没有AMD预期的那般成功,2011年底推土机的32nm SOI在32nm工艺的SNB面前并不算落后,但是推土机性能表现不尽如人意,功耗也不如SNB那么优秀。更悲剧的是,GF拆分出去之后对新工艺的掌握一直不稳定,不论产能还是性能都满足不了AMD的要求(这个坑其实还是AMD自己挖的,没拆分之前工艺已经开始落后了)。

  AMD的高性能工艺自此就停留在了32nm SOI这一代上了,第二代模块化架构Piledriver打桩机也是32nm SOI工艺,之后AMD的第一代APU处理器Llano也用的是32nm SOI工艺,也坚持了三代产品,,直到2014年的Kaveri APU上才换了GF的28nm SHP工艺,并沿用至今。

  如今Intel与AMD的制程工艺已经拉开三代差距了——AMD在32nm SOI工艺之后就不再升级FX高性能处理器了,每年只有零星的新型号发布而已,但架构、工艺依然没变,Intel已经发展到14nm工艺了。

  公平来讲,AMD在半导体制程上也不是没有高技术,在Intel未量产3D晶体管工艺之前,SOI(绝缘体上硅)技术一直是AMD处理器的独家秘方,在晶体管之间加入绝缘体可以减少离散电容,更容易提升开关频率,CPU速度可提升20-50%,同时还可以减少漏电流,降低功耗。

  SOI技术主要是AMD及IBM晶圆厂在用,Intel一直拒绝使用SOI工艺,但是32nm工艺之后AMD也放弃SOI工艺了,28nm节点开始转向传统的体积硅工艺。

  

回顾Intel/AMD代表性处理器及工艺变化

  总结:10年轮回,AMD年底等来了新工艺

  硅谷硬汉桑德斯创立了AMD,并主政AMD 30多年,他对AMD影响固然深远,宁愿亏损也要自己建晶圆厂的勇气值得钦佩,但时代不一样了,前任CEO的名言也不是金科玉律,AMD放弃晶圆厂进而放弃封装厂的做法有他们自己的考虑,外人的评价对他们来说并不重要,维持先进的制造工艺对AMD来说耗费太大了,实际上就连蓝色巨人IBM都放弃晶圆厂了,甚至是巨资补贴才找到GlobalFoundries接手。

  在半导体制造上,AMD当初也是跟Intel并驾齐驱的,但在多年累积之后,AMD的工艺升级已经慢下来了,转折点就发生2008年前后,Intel提出了Tick-Tock战略,CPU工艺、架构明确了2年一次升级,而AMD当时正在拆分晶圆厂,K8架构之后的K10架构出师不利,接下来的推土机架构同样没有达到预期目标,拆分出来的GF公司初期在制程工艺上一直不成熟,AMD也深受其害。

  但是我们并不能说Intel是靠着Tick-Tock战略才在工艺上战胜了AMD,实际上这个因果关系是颠倒过来的——正因为Intel在半导体技术上有深厚的积累,才能推出2年升级一次的Tick-Tock战略。相比之下,AMD的情况就糟糕了许多,他们每年的营收仅为Intel的零头,价格战导致盈利水平更是堪忧,而半导体工厂投资越来越高,一座300mm晶圆厂通常要花费50-100亿美元,而且折旧率很高,维持先进工艺需要不断升级,AMD无力维持如此庞大的开支也是正常的。

  此外,AMD在K8之后的K10、推土机架构都不给力,无法重现当年Athlon处理器高性能、高能效的辉煌,而Intel在P4架构之后推出的Conroe、Nehalem等架构奠定了今日的基础,更有先进工艺辅助,率先量产了3D晶体管工艺,这些都远远甩开了AMD公司。

  如今风水轮流转,Intel的Tick-Tock战略这两年也停摆了,AMD虽然硬拖着32nm SOI没升级,但GF在放弃自家14nm-XM工艺转而接受三星14nm FinFET工艺之后也靠谱多了,AMD煎熬了几年之后总算等来了Zen架构处理器,制程工艺也是14nm FinFET的,与Intel今年的Kaby Lake处理器处于同一级别,也就是说在10年之后AMD在工艺上终于再一次跟Intel同台竞技了,年底的好戏可不容错过。

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