“7nm”和“10nm”对 CPU 意味着什么,它们为什么重要?

中央处理器(CPU)由数十亿个微型晶体管构成,这些晶体管如同电子开关,可以开闭以执行计算任务。 这些晶体管需要电力才能运作,且晶体管的尺寸越小,所需的电力就越少。“7纳米”(7nm)和“10纳米”(10nm)是衡量这些晶体管尺寸的单位——“纳米”(nm)是一个极小的长度单位——也是判断特定CPU性能的有用指标。

作为对比,“10纳米”是英特尔公司即将推出的新制造工艺,预计在2019年第四季度首次亮相,而“7纳米”通常指代台积电的工艺,这是AMD新CPU和苹果A12X芯片所采用的制造技术。

那么,为何这些新工艺如此重要?

摩尔定律,这个长期以来被广泛认可的观察结果,指出芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番,而成本减半,它曾经维持了很长时间,但近来发展速度已明显放缓。 早在20世纪90年代末和21世纪初,晶体管的尺寸大约每两年缩小一半,从而带来定期的性能大幅提升。 但是,进一步缩小尺寸变得越来越复杂,自2014年以来,我们没有看到英特尔的晶体管尺寸有明显缩小。这些新工艺,尤其是来自英特尔的,代表着自那时以来首次重大的尺寸缩小,象征着摩尔定律的短暂复苏。

在英特尔步伐放缓的情况下,即使是移动设备也有了赶超的机会。苹果的A12X芯片采用了台积电的7纳米工艺制造,而三星则拥有自己的10纳米工艺。 随着AMD的下一代CPU采用台积电的7纳米工艺,这标志着他们有机会在性能上超越英特尔,并为英特尔在市场上的主导地位带来一些健康的竞争——至少在英特尔的10纳米“Sunny Cove”芯片上市之前。

“纳米”的真正含义

CPU的制造过程采用光刻技术,其中CPU的图像被蚀刻到硅片上。具体的制造方法通常被称为工艺节点,并通过制造商能够制造的晶体管尺寸来衡量。

由于较小的晶体管能效更高,它们可以执行更多的计算而不会过热,这通常是CPU性能的一个限制因素。此外,它还允许更小的芯片尺寸,从而降低成本,并可以在相同尺寸下增加密度,这意味着每个芯片可以拥有更多的核心。 7纳米工艺的密度实际上是先前14纳米工艺的两倍,这使得AMD等公司能够推出64核服务器芯片,与之前的32核(和英特尔的28核)相比有了巨大的改进。

值得注意的是,尽管英特尔目前仍停留在14纳米节点,而AMD即将推出其7纳米处理器,但这并不意味着AMD的速度会快一倍。性能与晶体管尺寸并非完全匹配,在如此小的范围内,这些数字不再那么精确。每个半导体制造厂的测量方式可能各不相同,因此最好将这些数字更多地视为用于细分产品的市场营销术语,而非功率或尺寸的精确衡量标准。例如,英特尔即将推出的10纳米节点有望与台积电的7纳米节点竞争,尽管数字上存在差异。

移动芯片将迎来显著提升

节点尺寸的缩小不仅与性能提升有关,还对低功耗移动设备和笔记本电脑芯片产生了巨大的影响。 采用7纳米工艺(与14纳米相比),您可以在相同功耗下获得25%的性能提升,或者您可以在一半的功耗下获得相同的性能。 这意味着在相同性能下可以实现更长的电池续航时间,并且更强大的芯片可以适用于更小的设备,因为您可以在有限的功率限制内有效地融入两倍的性能。 我们已经看到苹果的A12X芯片在基准测试中击败了一些较旧的英特尔芯片,尽管它只是被动冷却并封装在智能手机中,而这仅仅是第一批上市的7纳米芯片之一。

节点尺寸的缩小始终是好消息,因为更快、更节能的芯片几乎影响着科技领域的方方面面。 2019年对于采用这些最新节点的技术来说将是激动人心的一年,并且令人欣慰的是,摩尔定律尚未完全失效。