關于芯片的制程

　　提到降低功耗，無論是智能手機還是PC領域，提高處理器的制程是一個絕佳的辦法。伴隨著處理器架構不斷迭代，芯片內部的晶體管呈指數(shù)式的增長，處理器的性能也成倍地增長，但是芯片的體積卻越來越小，發(fā)熱和功耗也越來越低，這主要得益于制程和工藝。

　　結合IT界著名的摩爾定律，其實就是說所有的電子芯片（CPU、GPU、存儲等），每隔一段時間就會更新架構，之后每隔一段時間又會更新制程，之后又回到更新架構狀態(tài)，然后又是更新制程，周而復始，循環(huán)往復。

　　典型的例子就是Intel在2007年左右正式提出的“Tick-Tock”定律，大概以一年為周期，用一年時間更新處理器架構，再用一年時間更新處理器的制程，讓產品線迭代變得很有規(guī)律，目標明確。架構先進性只能夠保證處理器性能彪悍，但是制程和工藝的進步才是讓架構更新順利進行的關鍵，如果空有先進的架構，卻受制于制程和工藝的落后，再強悍的性能也無法全部發(fā)揮出來，因為發(fā)熱和功耗無法控制。

Intel的“Tick-Tock”定律

Qualcomm的芯片路線圖

　　Qualcomm深知其中道理，Qualcomm驍龍820采用了14nm制程打造，目前也是業(yè)界首屈一指的工藝節(jié)點?？v觀PC和手機端的處理器更新歷程，在制程上的較量可謂龍爭虎斗。請看下圖：

PC和手機端的制程迭代

　　直到目前為止，Intel、三星、Qualcomm、蘋果、華為的處理器都分別邁入14/16nm的工藝節(jié)點，正如上文所述，這些廠商能夠在先進的工藝節(jié)點下充分發(fā)揮處理器最新架構的最大潛力，帶來更強的計算性能和多媒體處理能力。當然，除了Intel和三星擁有自己的晶圓廠，能夠將IC設計、芯片制造、芯片封裝、測試、投向消費市場五個環(huán)節(jié)一手包辦以外，Qualcomm、蘋果、華為的處理器在設計好芯片之后，就需要找相關的Foundry（代工廠，例如臺積電、GlobalFoundries）進行代工生產。綜上所述，Intel和三星俗稱IDM，Qualcomm、蘋果、華為俗稱Fabless，臺積電和GlobalFoundries俗稱Foundry。

　　從上面圖片可得，Intel作為“Tick-Tock”定律的提出者，在更新制程的步伐是最有規(guī)律的，不會在某個工藝節(jié)點上停留時間過長，也不會一年更新幾次制程，類似的還有三星，這主要得益于兩家廠商擁有自己的晶圓廠，一手包辦設計、制造、封裝等多個環(huán)節(jié)，很好地把控著每一代制程的誕生和更替時間。

　　當然也有例外，像Qualcomm和蘋果，縱然沒有自己的晶圓廠，但是憑借在業(yè)界的影響力和知名度，充分發(fā)揮行業(yè)老大對下游廠商把控力，讓擁有晶圓廠的三星和臺積電將最新的工藝生產流水線提供給Qualcomm和蘋果的產品，這也是Qualcomm驍龍?zhí)幚砥骱吞O果A系列處理器一直以來領先同行的其中一個原因。

　　嚴格意義上說，14/16nm屬于同一代制程，20/22nm也是屬于同一代制程，所以上述圖片的工藝節(jié)點可以合并為14/16nm、20/22nm、28/32nm、40/45nm、55nm、65nm，同一代制程的處理器粗略來看，在發(fā)熱和功耗上的控制能力相仿，當然具體還要看看具體采用了哪種工藝技術，偏向性能優(yōu)先還是能效比優(yōu)先的節(jié)點工藝，這些內容有些超出本文范圍，有機會再和大伙分享。關于14/16nm、28/32nm等工藝節(jié)點屬于同一代制程的說法，其實早就PC時代就已經成為晶圓廠“視覺欺騙”的一種手段，看上去好像比對方的晶圓廠更先進，小了幾nm數(shù)值（理論上數(shù)值越小越好），但是其實還是同一代制程下的產物，請看下圖：

PC平臺制程較量

　　細心的讀者應該已經發(fā)現(xiàn)，Intel和AMD的處理器制程在某一段時間總比Nvidia和AMD/ATI的顯卡制程落后那么幾nm，當處理器處于45nm工藝節(jié)點的時候，顯卡處于40nm。當處理器處于32nm工藝節(jié)點的時候，顯卡處于28nm。這種錯落有序的“視覺欺騙”背后，其實就是晶圓廠之間“數(shù)字游戲”，實質上并沒有兩代制程（升級換代）之間變化那么大。32nm、22nm制程打造的處理器相比32nm、28nm制程打造的處理器，前者兩種制程間為處理器性能帶來的差距更大。接下來我們簡單（節(jié)選部分周期）回顧一下PC和手機處理器的制程歷史，先看65nm~32nm，如下圖所示：

65nm~32nm的制程歷史回顧

　　當Intel和AMD的處理器在65nm制程之際，也正處于PC處理器比拼核心數(shù)目的時代，雙核處理器嶄露頭角。反觀手機端處理器到達65nm制程的時候，Qualcomm驍龍S1才剛剛啟用自主架構設計，還是單核時代。進入40/45nm制程之后，Intel和AMD的四核處理器斗得不可開交，手機處理器方面，受Nvidia的帶動，Qualcomm、三星、聯(lián)發(fā)科等廠商紛紛開啟“核戰(zhàn)模式”，Nvidia更率先在40nm制程上使用了四核處理器，讓手機處理器的“核戰(zhàn)”一發(fā)不可收拾，延續(xù)到今天的8核、10核乃至12核心的競逐。這是個反面教材，當時全球首顆四核手機處理器——Tegra 3，普遍消費者都認為這是一顆倉促上陣的處理器，并沒有像Qualcomm和三星的四核處理器使用更先進的28/32nm制程節(jié)點，導致發(fā)熱大、功耗高，所搭載的手機，例如HTC One X，經常出現(xiàn)因機身過熱而自動重啟的現(xiàn)象，耗電也十分嚴重，可見先進制程才能夠讓最新架構充分發(fā)揮潛力。接著是28nm~14nm制程的處理器歷史回顧，請看下圖：

28nm~14nm的制程歷史回顧

　　伙伴們第一時間肯定注意到采用28nm的處理器特別多，由于歷史的原因，在28/32nm制程上，除了Intel輕松越過工藝瓶頸，來到了22nm工藝節(jié)點，有條不紊地繼續(xù)實施“制程年-架構年”的迭代計劃，三星和臺積電等廠商普遍遇到棘手的技術難題，導致將近兩年時間沒有更新手機處理器的制程，而采用這些廠商流水線的上游處理器廠商受到了波及，Qualcomm、AMD、Nvidia、三星、蘋果全部都無一幸免。不過即使沒有得到最新的制程支持，Qualcomm驍龍800系列處理器依然稱霸了安兔兔和魯大師的跑分寶座多時，蘋果的A系列處理器也步入了64位處理器全新紀元。

　　踏入2015年，當20nm制程日趨成熟，三星、Qualcomm和蘋果終于能夠將最新的處理器架構推向市場。另一方面，Intel早在前兩年就已經成功量產14nm制程的PC/筆記本處理器，三星、臺積電也終于在今年和Intel回到同一起跑線，量產出14/16nm制程的處理器，讓Qualcomm驍龍820在內的，更強更注重能效比的處理器搭載在最新的手機上。最后請大伙看看下圖：

三星、蘋果、Qualcomm之間制程更新?lián)Q代的節(jié)奏很相似

　　三星、蘋果、Qualcomm的處理器制程迭代節(jié)奏是不是很相似？三者之間是否存在著什么基情？眾所周知，三星為蘋果提供了多款A系列處理器的制造流水線，反觀Qualcomm和他們之間好像并沒有什么強關聯(lián)。答案在下面：

6家手機處理器廠商背后對應的晶圓廠

　　在45nm制程，Qualcomm驍龍S2和驍龍S3采用了臺積電的工藝，這個階段，臺積電同時量產出40/45nm兩種同制程的流水線，40nm流水線代表有聯(lián)發(fā)科的MT6577和Nvidia的Fermi架構顯卡內核，45nm流水線則有Qualcomm驍龍S2和驍龍S3為代表。

　　28nm制程嘛，正如上文所說，全球晶圓廠基本上遇到技術瓶頸，導致大伙都停留在28nm上，三星、蘋果和Qualcomm處理器在制程上又會師了一次。

　　14nm制程的第三次相遇，則是因為蘋果和Qualcomm不約而同選擇了三星為代工廠，負責生產最新架構的處理器，憑借三星這兩年在半導體行業(yè)的優(yōu)秀制程技術，加上Qualcomm處理器全新設計的64位自主架構，強強聯(lián)手下打造Qualcomm驍龍820的表現(xiàn)值得期待。

　　綜上所述，Qualcomm驍龍820出色的性能和功耗控制，不僅得益于Kryo CPU，而且還和14nm的制程密不可分。

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