荣耀科普7nm工艺:芯片科技巅峰

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日前联发科推出了专为电竞游戏手机而生的Helio G90系列处理器,也上A76 CPU大核及G76 GPU核心,但是它是12nm工艺的,这点上已经比其他7nm芯片落伍很多了。

7nm工艺是目前半导体行业最先进的量产工艺,此前已经有华为海思麒麟980、苹果A12、高通骁龙855这三款7nm高端处理器。前不久海思又推出了麒麟810处理器,这是全球第四款、海思第二款处理器,近期发布的荣耀9X系列手机就使用了这款处理器,售价只有1399元起,这是2000元内手机首次用上7nm芯片。

除了7nm工艺,麒麟810还采用全新系统级AI调频调度技术,创新设计2+6大小核架构,搭载2个基于Cortex-A76的定制开发的高性能大核,针对移动终端的使用场景进行深度优化,6个Cortex A55高能效小核实现能效升级。

GPU方面,麒麟810搭载Mali-G52定制,支持Kirin Gaming+技术,通过系统级AI调频调度技术、60fps高性能及HD画质和GPU负载优化全面升级游戏体验。

在AI方面,荣耀9X的麒麟810处理器凭借自研达芬奇架构NPU,能大幅提高单位面积下的AI算力,充分激发端侧AI的运算潜能。这款堪称“最聪明芯片”的麒麟810,将在AI应用体验上拥有非常广阔的想象空间。

对于7nm工艺处理器的优势,荣耀副总裁熊军民@荣耀老熊刚刚在微博上做了个小科普,称“麒麟810所使用的7nm工艺,相比8nm工艺能效提升20%,晶体管密度提升50%。7nm工艺相比12nm,能效提升50%、晶体管密度提升110%,正说明了我们一开始规划这颗芯片就是有先见之明的。”

至于友商为什么把7nm处理器手机卖得贵,老熊表示最直接的原因当然是7nm芯片的研发非常困难,成本也非常高。

以下是荣耀老熊的科普全文:

现在行业里提到芯片的制程工艺,往往都是一句简单的多少nm就完事,很少有人接下来讲这个数字到底意味着什么。这其实是不对的,一个工艺制程的背后其实隐藏着海量的信息,甚至关系到整颗芯片、整台手机的性能和全面体验。今天,老熊就来聊聊这个数字背后藏着的海量信息。

7nm到底意味着什么?

很多朋友都听过半导体行业里如同圣经一般的“摩尔定律”,它的大致意思是:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍,而芯片的性能则会提高一倍(即更多的晶体管使其更快)。而推动这个进步的就是芯片的制程工艺,制程工艺的数字越小,芯片中的晶体管尺寸越小,单位面积内能集成的晶体管数量约多,这才能给性能的提升制造前提。

但是事情还没有完。芯片在工作时会耗电、会发热,现代芯片中都集成了上亿的晶体管,虽然单个极微小的晶体管耗电量和发热量都很小,但是乘以几亿之后就很恐怖了。减少功耗和发热量最直接最简单的方法,就是继续发展制程工艺,让纳米数更小。而另一方面,CPU和GPU提升性能的方法也很直接粗暴,除了改进架构,就是提升主频——而主频的提升也会带来指数级上升的发热量。

芯片制程工艺和功耗、发热是一个需要谨慎平衡的问题。像手机这种比电脑更加精密小巧,对功耗和发热极其敏感的产品,对制程工艺的要求更是越先进越好。麒麟芯片在这个方面一直都非常激进,每次都会采用当时最先进的制程工艺,从根本上避开了潜在的隐患。

尤其像ARM架构里最新的A76核心,这是强调极致性能的旗舰级大核,需要高主频才能充分体现其性能优势,同时也需要7nm这样最先进的工艺去配合,才能压住它的功耗和发热。如果使用旧的12nm工艺,很显然对A76核心来说就是一种拖后腿,为了压住功耗和发热只能降低主频,结果影响了A76真正性能的发挥。

芯片的性能提升、晶体管数量、功耗/发热降低,都依赖着制程工艺的提高。而这几项因素又直接关联到手机的整体性能和使用体验。所以这些年来,行业在拼命提升芯片的制程工艺,其激烈程度堪比军备竞赛!但是晶体管的尺寸是会受到物理极限的限制的,制程工艺不能无限制的提升。目前行业内的共识就是7nm已经成了一个很难跨越的坎儿,未来很长时间里都只能在这个工艺上小幅度优化改进。麒麟810所使用的7nm工艺,相比8nm工艺能效提升20%,晶体管密度提升50%。7nm工艺相比12nm,能效提升50%、晶体管密度提升110%,正说明了我们一开始规划这颗芯片就是有先见之明的。

大家可以看到,荣耀9X的麒麟810使用的7nm制程工艺就在性能和发热上做到了很好的平衡,长时间运行或者打游戏之后,发热量都在可接受范围内。大家还可以看看友商的其他7nm手机的价格,再看看荣耀9X的价格。呵呵,我觉得可以非常肯定的说:这个时代手机芯片科技顶峰,肯定不会错,而买荣耀9X,更是值到无敌!

7nm研发的困难和高成本

为什么友商都把7nm手机卖这么贵?最直接的原因当然是7nm芯片的研发非常困难,成本也非常高。花粉们在使用荣耀9X畅玩游戏时,肯定不会意识到工程师们在幕后研发时付出的汗水和艰辛,所以在这里我必须为工程师们也说几句。

从历史上来看,28nm、16nm、12nm、10nm到7nm,每一代升级之后研发和生产芯片的困难程度和成本都是指数级上升的。以麒麟810为例,光是研发就耗时长达3年,花费了数亿美元成本,总共有超过1000位电路设计和工艺专家参与,消耗了超过5000块工程验证开发板。不仅研发困难,7nm的流片和生产成本也是目前最高的。流片就类似于正式生产前的打样和验证,价格成本极高,7nm一次流片成本就高达数千万元;而且流片是有失败风险的,重来的话还得再花这笔钱,不确定性非常高。

我们现在有两颗7nm旗舰手机芯片(不包括海思的其他7nm芯片),已经是全球7nm工艺经验最丰富的公司了,尚且如此不易,相信其他友商也是有相同的艰辛。不过,只有我们没有把7nm藏着掖着,全线一起上7nm,一方面让手机性能和体验保持前列,另一方面也可以在一定程度上摊薄7nm的高成本。

最后,还是那句话:选手机就选7nm的,这个时代手机芯片科技顶峰,肯定不会错。

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