为什么CPU要提高密度,而不是增大面积?

发布时间:2020年09月29日 阅读:201 次

随着技术的提升,CPU肯定要不断的提升密度,而面积是否增大则要看情况而定。CPU从诞生起就伴随着密度的不断攀升1971年诞生的4004是英特尔的第一款商用计算机处理器,它采用的10微米技术和现在的14纳米相差甚远,2250个晶体管的规模和现在动辄数十亿晶体管的CPU更是没法相比,

随着技术的提升,CPU肯定要不断的提升密度,而面积是否增大则要看情况而定。

CPU从诞生起就伴随着密度的不断攀升

1971年诞生的4004是英特尔的第一款商用计算机处理器,它采用的10微米技术和现在的14纳米相差甚远,2250个晶体管的规模和现在动辄数十亿晶体管的CPU更是没法相比,但是无论哪个时代的主流CPU之间的面积都不会相差很多,无非是这一代大一点,下一代小一点,然后再下代还可能还大一点,但是无论怎么变,CPU的密度肯定是不断增加的,也就是说单位面积内的晶体管越来越多,因为只有这样才能不断在单位面积内增强CPU的性能,并使CPU不断增强的同时功耗越来越低。

增加密度和面积会为CPU带来什么

45nm—32nm—22nm—14nm,CPU生产工艺的不断进步可能很多人看来是顺其自然,但是这里面每一次进步都面临着巨大的问题和压力,投入的资金也是呈几何倍数增加,投资的增加就相当于成本的增加。拿现在的晶圆厂普遍使用的300毫米晶圆来说,面积越小的CPU芯片一个晶圆所能切割的成品芯片数量就越多,打个比方,进入成熟量产期的一片晶圆价值6000美元,片上一共能切割出200颗成品芯片,这样简单计算的话一颗芯片成本就在200元人民币左右,不过我们还没计算良品率,因为每一片晶圆都会有或多或少的不均匀瑕疵,如果这些瑕疵落在了芯片上,那这些芯片就不能用了,或者被降级出产,这些都是要付出的成本。

芯片越小,成品数量越多,晶圆边上的边角料也会浪费的越少

所以说,晶圆大小基本是固定的,而如果你的CPU设计的太大,一片晶圆总共才能产出20颗,还碰巧遇到不少瑕疵,报废了10颗,那你的良品率才有50%,这样生产出来的CPU一是保证不了产量,二是价格很高,很少人负担得起;而如果芯片设计的较小,产出200颗,哪怕有瑕疵的占30%,还有140颗可用,市场风险和压力明显小多了。

CPU面积和性能之间的选择

CPU当然也可以选择增大面积,提升性能,就像英特尔面向企业级市场推出的至强系列CPU都相比酷睿系列拥有更大的核心面积,AMD今年推出的锐龙也是选择了增大核心数的方式提升多核性能,成效显著,还有AMD的线程撕裂者很有意思,直接拿四个锐龙芯片封装到一个PCB上,总体面积虽说增大,但是不影响本身芯片良率,还能显著增加核心数量和多核性能,价格还不会高的离谱,可谓一举两得。

AMD线程撕裂者,最多可达16核心

以上不管是至强还是锐龙,大都是选择增加核心数量,增强多核性能的路线走来的,这也会带来成本增加,频率降低,功耗增大,没有核芯显卡等代价,所以说不断提升工艺和CPU架构的效能还是重中之重,同样是4核心的7700K比当年的4核Q6600性能和效率不知道强了多少倍,在加入了核芯显卡等更多功能模块的情况下比Q6600小的多,而同为14nm工艺的8700K为了增强性能,多加的两个核心又使得面积比7700K明显大一截,如果下一代9700K使用10nm工艺的话,那么在核心数量不变,频率增加的情况下面积又会缩小,就是这样的一个规律。

至于手机CPU,对功耗和面积极为敏感,牵一发而动全身,属于理论上可以做大,但是绝对不能做大的范畴,所以留给手机CPU厂商的就是不断追求工艺进步和单位面积效率增强,这也是近几年的最先进工艺总是先用来生产手机CPU的一大原因。

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Tag:面积 芯片 多核 晶体管 性能
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