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“双”浅谈14nm+14nm＞7nm是否真的可行

晰数塔互联网快讯
2023-03-16 23:52

最近两年，相信大家已经听了无数次“14nm+14nm”堆叠后吊打7nm的新闻了吧？这种新闻每隔一段时间就要拿出来烧一次开水，真是无聊极了。正好最近新一轮的烧开水时间，不妨我就拿出来说说吧。

我们首先得谈谈为什么要讨论“14nm+14nm”堆叠这个事情。原因的话其实无非两点，其一是为了利用成熟工艺去降低成本，其二是实在没有7nm，想要通过这个手段来曲线救国。那么我们就分别来讨论下这两个事情。

14nm更便宜？

要谈用成熟工艺降低成本的事情，那么我们首先要看14nm和7nm的成本分别是多少。普遍来看，7nm这个节点对比14nm/16nm这个节点，单位面积制造成本是2倍或者更高的。

7nm更贵是无可置疑的，但是也需要考虑到7nm本身的集成度是更高的，如果制造一样规格的芯片，7nm所需要的芯片面积是远小于14nm的要求的。台积电的N7的逻辑晶体管密度是N16的3倍有余，即便考虑到实际芯片中逻辑晶体管占比没那么高，N16不是N14，实际晶体管密度达到2倍也是十分容易的事情。所以我们再看上面那个图，会发现实际上用N16造一个一模一样的芯片，成本反而比N7要贵上差不多50%（331刀 vs 233刀）。

而且不止如此，上面还只考虑了面积因素，N7本身可是要比N16同样功耗下快40%的，也就是还有额外40%的频率可以超。换句话说就是在手机芯片、CPU芯片、GPU芯片这类对性能还有追求的地方， 16nm/14nm在同样成本下能提供的性能是远逊于7nm的。半导体演进的目的本来就是为了在提高性能的同时降低成本， 14nm和7nm这里摩尔定律太狠明显呢。

总结一下就是，要做相对高性能+有一定出货量的芯片下，在同样的性能目标下用14nm所用的成本是远高于7nm的，在控制成本的前提下，14nm是干不过7nm的。所以，要让用14nm比用7nm更有性价比，得造的芯片是不要求太高性能、不太限制功耗、IO比较多、以及出货不太高的地方（14nm设计费低）。这种地方，一般而言也不是什么会被真的卡脖子的地方。而在手机、或者拿来超算这种场合，当你都开始设计一个新东西了，14nm就是不如7nm…

14nm 堆叠打过 7nm？

刚刚我们已经论证了14nm在你懂的场景中是不可能打赢7nm的，那么我们就接着来说14nm+14nm堆叠呢？我就简单直接不卖关子，别的先不说，14nm可以堆叠难道7nm就不可以堆叠了吗？无论是Chiplet胶水化设计、3D堆叠设计，本身和目标工艺关系没那么大。如果对14nm来说有提升，对7nm也会有提升，大家一模一样的。

更重要的是，如果说Chiplet、3D堆叠这种提升性能的手段真的很容易达成，为什么这么多厂在14nm后还是忙着首先微缩工艺，而不是先去发展Chiplet、堆叠。答案就是，现阶段这些技术还没那么成熟，靠这些提升性能还不如微缩工艺来的简单便宜。所以如果搞堆叠这东西要真的这么简单，效果这么快，怎么不见大玩家蜂拥而至，怎么不见新玩家加入去弯道超车？这个大家想想应该能明白。

而如果你觉得因为实在没法用了，成本可以放高一些的话，也会发现14nm和7nm的差距真的太大了。对于单核心而言，在你没有比对方高几倍的设计能力时，能耗比不可能追上。用N7和N16的例子的话，就是别家N7 2.8G能达到的东西，你N16得IPC高到保证1.6G-1.8G就能达到，多么天方夜谭…. 对于其他多核和并行来说，14nm要超过N7所需要的面积是很夸张… 比如一个100mm2 N7 1.4G的Die，同样规模功耗的N16只能是 200mm2 1.0G，然后靠增加面积的话，可能得400mm2 0.7G，才能达到和N7一样的性能和功耗，这个时候谁成本高，大家自己算算…。