探索兩大芯片巨頭的演進(jìn)之道

有在即將過(guò)去的2022年，半導(dǎo)體將成為眾多新聞的焦點(diǎn)，當(dāng)中也不乏話題?！鞍雽?dǎo)體短缺”一詞現(xiàn)在甚至成為日常用語(yǔ)的一部分。2022年只剩下幾天了，但下半年大處理器正在陸續(xù)出爐。雖然很多芯片都比較緊缺，獲取起來(lái)有些困難，但是我們還是盡可能多的采購(gòu)芯片，拆開芯片繼續(xù)分析。

在本文中我們將拆解分析AMD的“Ryzen 7000”和Intel的“第13代Intel Core”系列，以探索兩大芯片巨頭的演進(jìn)之道。

圖1為AMD于2022年9月發(fā)布的銳龍7000系列的外觀。Ryzen 7000系列采用第4代“Zen”架構(gòu)“Zen4”作為CPU。處理器頂部有一個(gè)形狀不尋常的 LID，凹槽中嵌入了一個(gè)電容器。

Ryzen 9 7950X擁有16核/32線程的CPU和64MB的三級(jí)緩存。Ryzen 5 7600X擁有6核/12線程的CPU和32MB的L3緩存，幾乎是規(guī)格的一半（順便說(shuō)一句，Ryzen 5 7600X上面有“Ryzen 7 7700X”，8核/16線程。）。在 LID 下，頂部的 Ryzen 9 7950X 有 3 個(gè)硅，下面的 Ryzen 5 7600X 有 2 個(gè)。這是一種稱為CHIPLET的安裝方法。IO 硅和 CPU 硅的結(jié)合具有能夠創(chuàng)建各種規(guī)格的優(yōu)勢(shì)。

這是AMD從上一代“銳龍3000”系列開始就一直在使用的技術(shù)。在PC方面，我們將CPU芯片的安裝數(shù)量從1個(gè)改為2個(gè)，形成了從高端到低端的產(chǎn)品陣容，通過(guò)將芯片從4個(gè)增加到8個(gè)，我們打造了一個(gè)性能和功能都得到提升的產(chǎn)品陣容。

圖 2顯示了 Ryzen 9 7950X 芯片拆解。硅是表面貼裝在封裝中的，拆下來(lái)翻過(guò)來(lái)可以看到電路面。IO 芯片采用臺(tái)積電 6nm 工藝節(jié)點(diǎn)制造。芯片上是 2021 年和 AMD 標(biāo)志，只有在顯微鏡下才能看到。它在略小的面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)了比上一代 IO 硅更高的性能。兩個(gè) CPU 芯片是相同的。臺(tái)積電5納米制造。面積比上一代的7nm有明顯的縮小。芯片上沒(méi)有 AMD 標(biāo)志或年份信息。

圖2：AMD的芯片拆解

圖3是上一代“銳龍9 5950X”與新芯片銳龍9 7950X的芯片走線面積對(duì)比。面積不是以平方毫米為單位的數(shù)值，而是以銳龍9 5950X為1的數(shù)值。

圖3

新舊IO外觀、外觀、新舊CPU外觀、外觀幾乎一樣。與在 GlobalFoundries 的 12nm 制造的上一代 IO 硅相比，盡管采用了 TSMC 的 6nm，但新一代 IO 硅的面積僅減少了 3%。

PCI Express從4.0變成了5.0，DDR內(nèi)存接口從DDR4變成了DDR5，幾乎沒(méi)有什么變化。

此外，Ryzen 9 5950X 中沒(méi)有搭載的 GPU“RDNA 2”也被搭載在 Ryzen 9 7950X 的 IO 芯片中。由于CPU芯片的架構(gòu)從“Zen3”變成了Zen4，CPU部分的比例比上一代略大。

CPU芯片每側(cè)4個(gè)CPU核心，共8個(gè)，L2（共16MB，上一代8MB）和L3 64MB（L3大小與上一代相同）被8核CPU包圍。如果說(shuō)上一代銳龍9 5950X的面積是1，那么銳龍9 7950X是0.83，這意味著在性能和內(nèi)存容量提升的同時(shí)，面積卻實(shí)現(xiàn)了大幅縮減。圖3中寫成7nm Area 1.00和5nm Area 0.83的部分分別是L2和L3緩存，字母左右分別是8個(gè)CPU，所以可以很明顯的看到CPU部分和內(nèi)存部分的比例發(fā)生了變化顯著地。制造工藝的小型化減少了內(nèi)存，CPU架構(gòu)的更新增加了邏輯部分。

圖4為2022年10月發(fā)布的英特爾第13代酷睿系列的高端“Core i9 13900K”和同時(shí)發(fā)布的中端規(guī)格“Core i5 13600K”。與AMD銳龍7000系列幾乎相同的高端和中端陣容同時(shí)上市。拆掉LID可以確認(rèn)高端和中端都是一樣大小的硅片。AMD通過(guò)結(jié)合硅來(lái)創(chuàng)建陣容，而英特爾使用一個(gè)硅（停止功能，不使用制造缺陷等），CPU，IO，GPU與一個(gè)硅實(shí)現(xiàn)有很大的不同。

圖4

圖5是英特爾2021年發(fā)布的“第12代酷睿i9 12900K”和2022年第13代酷睿i9 13900K的封裝外觀和硅片上的標(biāo)識(shí)對(duì)比。2021年的12代也是共享芯片，分別做Core i9/i7/i5，但是13代的配置是一樣的。由于第 12 代 CPU 架構(gòu)是“Alder Lake”，因此該芯片的符號(hào)為“ADI”和開發(fā)年份“2020”。到了13代，CPU架構(gòu)更新為“Raptor Lake”，所以字母“RPI”和開發(fā)年份為“2021”。英特爾每年都會(huì)開發(fā)新的處理器。由于AMD用Ryzen 7000將CPU插槽從AM4換成AM5，主板也得換，而Intel的12代和13代都是用同樣的封裝，所以主板是之前的型號(hào)芯片組“Intel 600”可以按原樣使用。

圖5

圖 6顯示了第 12 代 Core i9 12900K 芯片和第 13 代 Core i9 13900K 芯片的比較。酷睿i9 12900K搭載了一顆共16核、8個(gè)高性能核心和8個(gè)高效能核心的CPU，GPU為“UHD770”，而酷睿i9 13900K隨著CPU架構(gòu)的更新，效率更高核心數(shù)翻了一番，達(dá)到16個(gè)核心?！癐ntel 7”（10nm）用于制造。由于制造工藝沒(méi)有改變，高效能核心數(shù)量增加8個(gè)直接導(dǎo)致面積增加，面積比上一代增加了約21%。

圖6

圖7是2022年9月和10月發(fā)布的AMD銳龍9 7950X和英特爾第13代酷睿i9 13900K與上一代CPU的面積對(duì)比。

AMD上一代銳龍9 5950X采用CHIPLET配置，如果3硅總面積為1.00，下一代銳龍9 7950X將總面積減少11%（=0.89）。

由于 1 硅化的影響，英特爾第 12 代酷睿 i9 12900K 比銳龍 9 5950X 小 29%（= 0.71）。不過(guò)在保持相同制造工藝的同時(shí)，我們?cè)黾恿烁咝PU核心的數(shù)量，所以面積也有所增加，而英特爾第13代酷睿i9 13900K相比最新的銳龍9 7950X，面積差異更小，區(qū)別在于3%（0.89 和 0.86）。

不過(guò)值得注意的是，英特爾的芯片總面積還是略小了一些。這是因?yàn)榭梢哉J(rèn)為英特爾的單硅面積效率優(yōu)于AMD使用先進(jìn)工藝。如果分割硅，則硅之間的IO部分（區(qū)域效率差：難以小型化）變得很大。另一方面，中等規(guī)格的AMD Ryzen 5 7600X可以切割一個(gè)CPU硅片，因此硅片總面積比Intel的Core i5 13600K小24%。

AMD 和 Intel 目前分別有不同的 CHIPLET 和 1 silicon 制作方法。毫無(wú)疑問(wèn)，未來(lái)CHIPLET、HBM（High Bandwidth Memory）等結(jié)合硅片的“硅片拼圖”會(huì)越來(lái)越多，但需要充分認(rèn)識(shí)到，單片硅片的優(yōu)勢(shì)依然很大。

審核編輯：郭婷