牙膏廠的終極絕學:為何14nm制程如此歷久彌堅?
白貓 / 2021-04-28 18:1733494英特爾這幾年算得上是經歷了風風雨雨,盡管在商業領域的營收節節攀升,但是在消費級領域尤其是CPU領域,這家半導體巨頭被諸多用戶稱之為牙膏廠,其中一個最重要的原因就是英特爾的14nm制程使用的時間實在是太太太長了。如果說在先進半導體領域,日新月異的技術進步是常態的話,那么使用近七年的英特爾14nm制程似乎就這樣跟不上時代的步伐,畢竟在英特爾剛剛推出14nm制程的時候,老對手AMD還在使用32nm制程,而到了14nm走向終結,AMD的處理器已經進入7nm時代,甚至流片基于5nm制程的產品。而英特爾的14nm制程也從大幅領先變成了大幅落后,最終讓11代酷睿處理器不得不進行妥協,在酷睿i9-11900K處理器上縮核縮線程,此外處理器的功耗也到達了相當恐怖的地步。

好在根據路線圖,英特爾預計將會在12代桌面處理器中采用10nm制程工藝,具體的時間很有可能在第三季度,也就是說14nm制程退休也只有短短的4個月時間。或許是對于14nm制程已經產生了方案,大家對于14nm最后榮光的11代酷睿處理器興趣寥寥,反而對12代酷睿處理器更感興趣。今天我們就來簡單探討下,為什么英特爾14nm能夠擁有如此長的壽命,特別是在桌面處理器中更是如此。
并不成功的初代14nm
盡管英特爾的14nm制程已經長達七年之后,但是第一款英特爾酷睿處理器可并不算得上成功,在2015年的時候,英特爾推出了第五代酷睿處理器,代號為Broadwell,采用的是14nm制程,然而由于工藝的限制以及14nm不斷延遲,第五代酷睿處理器或許是最沒有存在感的產品。是的你沒有看錯,英特爾早在14nm制程就已經展現了跳票的優良傳統,更不用說今后的10nm制程。

對于消費者來說,在第五代酷睿處理器中稍微有點名氣的應該只有兩顆產品,包括Core i7-5775C和Core i5-5765C,或許與CPU性能相比,大家對于這兩款處理器的圖形性能更感興趣,因為英特爾在其中增加了eDRAM緩存,同時核顯性能達到了GT3e級別,擁有48組EU,而之前的核顯僅有20組EU,在規格上翻了番,而核顯性能也有很大的提升。
只是第五代酷睿處理器已經經歷了跳票,貨還少,更為悲劇的是,兩個月以后英特爾就推出了Skylake架構處理器,于是短短兩個月,五代酷睿處理器就不得不落幕,隱沒于人世間。好在6代酷睿撐起了英特爾14nm處理器的大旗,可以說是歷史上最為成功的產品之一。
最成功的14nm——Skylake
Broadwell的出現打破了Intel過去的TickTock戰略,而英特爾的工藝與制程戰略也變成了制程/架構/優化三步走,只是后來各種情況導致三步走也出現了悲劇的結果。好在推出了不成功的第五代酷睿處理器之后,英特爾又推出了第六代酷睿處理器,代號為Skylake架構,估計英特爾也想不到,Skylake架構將會成為近年來最出色的產品,并且影響著今后許多代酷睿處理器。

與第五代酷睿處理器相比,Skylake在架構上進行了重新設計,擁有更大的核心,更高的IPC,同時CPU的Circle以及L3緩存也得到了改良,此外全新改良的內存控制器讓六代酷睿處理器能夠支持DDR4內存,推動了DDR4內存的大規模普及。
可以說Skylake的推出讓Intel達到了近年來CPU的巔峰,優秀的架構讓Skylake處理器即使按照現在的標準也不過時,同時老對手AMD推出的僅有推土機以及挖掘機架構的CPU,在Skylake面前完全不能打。當然還處于溫室中的英特爾自己估計也沒有想到,那就是之后銳龍的出現攪動了整個CPU市場,讓英特爾感到措手不及。
難以招架的14nm處理器
在推出了極其成功的Skylake之后,英特爾又推出了第七代酷睿處理器,主體的架構保持不變,通過對于Skylake架構的改良,CPU的頻率得到了提升,其中7700K處理器的睿頻可以達到4.5GHz。看起來Intel在這場CPU之爭中保持穩贏的態勢,然而AMD銳龍的橫空出式卻讓英特爾一下子從溫室中驚醒。AMD銳龍采用了GF的14nm制程,對于處理器進行了徹底的革命,并且通過塞入更多的核心實現CPU多線程性能的提升,特別是彼時英特爾還是四核八線程,而銳龍已經到達了8核16線程,盡管在單線程上還是有一定的距離,但是多線程性能卻穩贏英特爾,受到了影視愛好者的追捧。于是悲催的七代酷睿處理器再一次成為行業的笑柄,不到半年時間英特爾就推出了更多核心的八代酷睿處理器,與AMD開始了長達三年的核戰。

如果說七代酷睿處理器是14nm+的話,那么八代酷睿處理器則是采用了14nm++的制程工藝,也就是說英特爾對14nm制程進行了改良,正因為這個14nm++的設計,第八代酷睿處理器得以對處理器的核心與線程數進行擴充,8700K處理器的規格變成了6核12線程,頻率也有所增加,在CPU領域中挽回了一些局面。
而九代酷睿處理器又是一個備受爭議的代際產物,原因是英特爾在九代酷睿處理器中推出了全新的i9處理器,規格也變成了8核16線程,而9700K處理器盡管增加了核心數,但是卻砍掉了超線程技術,變成了8核8線程規格,對于視頻渲染用戶來說似乎不太友好。

AMD則對銳龍處理器進行了大更新,推出了基于Zen 2架構的處理器,制程也變成了臺積電的7nm,其中旗艦處理器銳龍9 5950X處理器更是達到了16核32線程的恐怖規格,對于英特爾來說多線程性能是越來越難追了。當然第九代酷睿處理器的出現讓民用級處理器在睿頻條件下首次觸碰到了5GHz的頻率。
2020年英特爾又推出了十代酷睿處理器,基于14nm++制程,再次增加了處理器的核心數,同時首次在i5系列處理器中增加超線程設計,作為主流的10700K處理器擁有了8核16線程的規格,從而能夠與AMD的銳龍3700X有了正面比拼的實力。更為重要的是,通過TVB等多項技術的支持,i9-10900K擁有超越5GHz的睿頻實力,彰顯了英特爾對于14nm的研究與打磨到了爐火純青的地步。可以說英特爾近幾年的處理器保持著偶數神作的規律,6、8、10代酷睿都獲得了比較不錯的口碑。
初代與末代14nm的區別
有人會問,同樣是14nm,這14nm與14nm++又有什么區別呢?為什么10代酷睿處理器能夠達到超過5GHz的頻率,而6代酷睿頻率僅有4GHz?其中很重要的原因就是晶體管的柵極間距以及鰭片的高度得到了優化,也就是說盡管在晶體管密度上兩個14nm沒有太大的區別,但是在漏電率、晶體管功耗等重要指標上,14nm++相比較14nm有著極大的提升。

例如14nm++的同頻功耗降低52%,而相同電壓頻率提升26%,從而在給予相同功耗下,CPU的頻率以及核心數都可以做得更高,因此我們得以看到在八代酷睿處理器中英特爾肯打核戰的底氣。同時更加充裕的功率限制也給了酷睿處理器沖擊更高頻率的基礎。
14nm達極限,10nm姍姍來遲
然而盡管英特爾已經將14nm制程打磨地如此完美,但是14nm畢竟是14nm,它也是有極限的。去年AMD推出了銳龍5000系列處理器,在單線程上得到了極大的提升,從而帶動游戲性能的提升,作為回饋,英特爾也推出了11代酷睿處理器,同樣在單線程性能上有所提升,只是代價相信大家都看到了,功耗爆炸,11900K處理器縮減規格,導致11代酷睿并不被玩家所認可,很有可能11代酷睿處理器也將成為悲催的一代,被12代酷睿處理器所取代。

事實上英特爾已經在移動端開始嘗試10nm制程工藝,比如在超極本中搭載了基于10nm制程的酷睿處理器,尤其是11代酷睿低壓處理器,獲得了相當不錯的口碑。只是桌面版處理器需要更高的頻率以及核心數,對于目前的10nm制程來說尚屬挑戰,因此英特爾也遲遲不肯在桌面版處理器中搭載10nm制程,否則十有八九又會翻車。
不過畢竟14nm是真的到了極限,英特爾犧牲了功耗以及核心數才換來了現在的單線程性能,顯然14nm制程已經不能滿足現在的CPU需求,10nm勢必是要在桌面處理器上采用。而作為10nm在桌面處理器上的首秀,12代酷睿處理器能夠帶給人們多大的驚喜,相信這是每一位玩家都想要知道的,好在距離12代酷睿處理器的正式登場大概只有四個多月的時間,相信屆時關于新一代10nm制程的謎題都可以就此解開。
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