华为用堆叠、面积增大解决芯片问题背后:6块14nm才顶一块5nm
众所周知,在华为2021年财报发布会上,华为轮值董事长郭平公开表示:“华为未来将推进三个重构,用堆叠、面积换性能,用不那么先进的工艺也可以让华为的产品有竞争力”。
从这句表述中,大家可以看到,华为其实想到了两个办法,一是用堆叠、二是用面积增大的方式,将不那么先进的芯片,也变成有竞争力,就是比肩先进芯片。
考虑到目前大陆最先进的工艺是14nm,而像三星等晶圆大厂,最先进的技术已经是4nm,甚至要进入3nm了。
于是很多网友表示,用14nm的工艺的芯片,利用堆叠、面积增大的方式,不说比肩3nm,能比肩5nm么?
事实上,堆叠、面积增大的原理是一样的,只是堆叠是上下这种结构,而面积增大,更多指的是平铺这种结构。
按照中芯的工艺,14nm工艺时,其晶体管密度约为30MTr/mm,也就是每平方毫米达到3000万个。而TSMC的工艺,在5nm时晶体管密度为173MTr/mm,每平方毫米达到1.73亿个。
这样说起来,TSMC的5nm工艺,其晶体管密度是中芯14nm的6倍左右。
芯片是由晶体管组成的,一定程度上我们可以先假设晶体管数量相同时,芯片的性能相同。那么如果要达到5nm芯片同样的性能,要使用14nm的工艺时,其面积必须是5nm芯片的6倍才行,这个逻辑,应该大家都能理解吧。
换句话来说,一块5nm芯片,如果在14nm工艺下,理论上需要6块同样大小的芯片,才能够实现同等的芯片,因为只有这样,晶体管数量才一样多。
而这6块同样大小的芯片,可以是平铺,变成了原来面积的6倍大,这就是面积换性能。也可以是6块上下叠加在一起,变得更厚,这就是堆叠。
就像上面图示的一样,当然以上只是示例,实际堆叠不一定是6层,也可以是2张一层堆3层,或者3张一层堆2层,我画得比较简单,但原理应该说清楚了。
在6倍面积,或者6倍厚的体积下,确实能够让14nm的芯片,实现了5nm芯片的性能,单说性能,这确实是可行的。但面积增大也好,体积增厚也好,带来了两个缺点:
1、功耗应该是原有芯片的6倍;
2、面积或体积是原有芯片的6倍;
在手机这种追求功耗、发热、面积/体积的产品中,这种方式明显不可行,内部空间不足,电池太小,扛不住,发热太大,也没法用。
但在一些不追求功耗、面积/体积、发热的机器中,其实是可以实现的,但这样的机器会有多少?所以情况其实还是不容乐观的。
原文标题 : 华为用堆叠、面积增大解决芯片问题背后:6块14nm才顶一块5nm
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