華為用堆疊、面積增大解決芯片問題背后:6塊14nm才頂一塊5nm
眾所周知,在華為2021年財報發(fā)布會上,華為輪值董事長郭平公開表示:“華為未來將推進三個重構,用堆疊、面積換性能,用不那么先進的工藝也可以讓華為的產(chǎn)品有競爭力”。
從這句表述中,大家可以看到,華為其實想到了兩個辦法,一是用堆疊、二是用面積增大的方式,將不那么先進的芯片,也變成有競爭力,就是比肩先進芯片。
考慮到目前大陸最先進的工藝是14nm,而像三星等晶圓大廠,最先進的技術已經(jīng)是4nm,甚至要進入3nm了。
于是很多網(wǎng)友表示,用14nm的工藝的芯片,利用堆疊、面積增大的方式,不說比肩3nm,能比肩5nm么?
事實上,堆疊、面積增大的原理是一樣的,只是堆疊是上下這種結構,而面積增大,更多指的是平鋪這種結構。
按照中芯的工藝,14nm工藝時,其晶體管密度約為30MTr/mm,也就是每平方毫米達到3000萬個。而TSMC的工藝,在5nm時晶體管密度為173MTr/mm,每平方毫米達到1.73億個。
這樣說起來,TSMC的5nm工藝,其晶體管密度是中芯14nm的6倍左右。
芯片是由晶體管組成的,一定程度上我們可以先假設晶體管數(shù)量相同時,芯片的性能相同。那么如果要達到5nm芯片同樣的性能,要使用14nm的工藝時,其面積必須是5nm芯片的6倍才行,這個邏輯,應該大家都能理解吧。
換句話來說,一塊5nm芯片,如果在14nm工藝下,理論上需要6塊同樣大小的芯片,才能夠?qū)崿F(xiàn)同等的芯片,因為只有這樣,晶體管數(shù)量才一樣多。
而這6塊同樣大小的芯片,可以是平鋪,變成了原來面積的6倍大,這就是面積換性能。也可以是6塊上下疊加在一起,變得更厚,這就是堆疊。
就像上面圖示的一樣,當然以上只是示例,實際堆疊不一定是6層,也可以是2張一層堆3層,或者3張一層堆2層,我畫得比較簡單,但原理應該說清楚了。
在6倍面積,或者6倍厚的體積下,確實能夠讓14nm的芯片,實現(xiàn)了5nm芯片的性能,單說性能,這確實是可行的。但面積增大也好,體積增厚也好,帶來了兩個缺點:
1、功耗應該是原有芯片的6倍;
2、面積或體積是原有芯片的6倍;
在手機這種追求功耗、發(fā)熱、面積/體積的產(chǎn)品中,這種方式明顯不可行,內(nèi)部空間不足,電池太小,扛不住,發(fā)熱太大,也沒法用。
但在一些不追求功耗、面積/體積、發(fā)熱的機器中,其實是可以實現(xiàn)的,但這樣的機器會有多少?所以情況其實還是不容樂觀的。
