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华为研发出14nm超越7nm的手机芯片?有这种可能吗?

踏入2022,有江湖传闻,被某帝限制的华为研发出了14nm工艺的新麒麟芯片,型号分别是麒麟830和麒麟720。这会是真的吗?由于太平洋在线等知名IT网站也转发了消息,我姑且认为消息不是太离谱,所以来分析一下有没有这种可能

这一消息意味着什么?

依照型号命名的规则,这两款处理器对应的应该是从前的手机芯片麒麟820和麒麟710的升级版本。我查询了一下,麒麟820是华为旗下的海思半导体于2020年3月30日发布的一款最高主频2.36GHz的八核手机CPU,由台积电的7nm工艺代工。而麒麟710则是2018年7月发布的一款最高主频2.2GHz的四核手机CPU,由台积电的12nm工艺代工。

也就是说如果消息是真的,并且命名规则正确,那么意味着海思要在14nm工艺基础上设计出性能优于12nm甚至7nm的芯片,至少是性能相当。这可能吗?我尝试来分享一下,在此之前我们先说说为什么选择研发14nm工艺的芯片?

为什么要用14nm?

众所周知,流氓米帝用流氓fa律和流氓手段限制了一众芯片厂对华为高性能芯片的代工,主要限制的是14nm以内的高端芯片和5G芯片。其中14nm以上似乎并不在限制之列,虽然这种限制不合理,但华为一点办法都没有。既然不让代工14nm以内的,那我就造14nm的!这很华为!另一方面,华为一直未放弃华为品牌的手机业务,因此,既然有需求,海思研发14nm工艺的手机芯片是完全有可能的,因为这是目前能获得代工的最高工艺制程了……

目前两款新CPU分别是麒麟830和麒麟720,性能未知,但按照命名来看,应该是要强于7nm和12nm工艺的前代麒麟820和麒麟710的。如果性能更低那命名应该往回倒为800、700啥的。至于14nm是不是能设计出性能与7nm相当的CPU,这个确实存疑,因为差太远了,但是14nm设计出与12nm性能相当是一点问题都没有的。

远古的故事――先进的设计可突破工艺限制

在远古时候,电脑芯片厂英特尔曾设计过一款130nm工艺Socket370架构的CPU图拉丁核心的奔腾3,后来又更换架构设计出130nm工艺Socket478架构的奔腾4,结果同工艺新架构的奔腾4被同频甚至更低频的奔腾3打得满地找牙,几年后65nm工艺的酷睿更是把65nm工艺的LGA775架构奔腾D(双核奔腾4)秒成渣,奔腾4成了一代高频低能的尴尬神U。

这个故事告诉我们,在较差的工艺制程下通过优化设计获得先进工艺相同性能的可能性是有的。除了性能,手机CPU的另一个重要指标就是功耗了。那功耗有可能解决吗?我同样要讲一个远古时候的故事,在很久很久以前,CPU的频率是可通过BIOS调节的,我曾经也是一个超频玩家,当年用一个超频神U,英特尔的E2140,优秀体质的可以从1.6主频超到3.0主频。

但长期使用自然是要找最佳的超频方案,我们知道,一个CPU正常情况下频率越高温度越高,而温度基本上是代表着功耗的。那时有一种超频方式叫降压超频,也就是降低CPU核心电压的同时提高CPU主频。我测试过,低压高频的温度比高压低频的温度更低,也就是说同样工艺的同一个CPU,调低电压能大大降低CPU的功耗,而对于一款超频性能优越的CPU,对电压敏感度并不高,最终在1.0*v电压2.66GHz高频下凉快运行。(默认电压1.35v,默认频率1.6GHz)

我不懂芯片制造,只是按照我知道的一些历史判断认为,是有可能的。

假如消息为真,低制程工艺下性能提升将如何实现?

我分析有三种实现方式,至少要其中两种同时实现才有可能带来足够的性能提升:

1、华为的双芯叠加

早在2021年年中,就有传华为实现了双芯叠加技术,通过该技术,在较落后的工艺下通过双芯片同步技术使两个芯片协同计算,实现性能提升。

2、开发全新架构

前面关于Intel的故事里,能体会先进架构对性能和功耗的优化作用,在同样的工艺制程下能达到翻天覆地的变化,由于华为已经无法获得ARM架构下新版本的授权,开发属于自己的架构势在必行,而目前华为自研的操作系统鸿蒙已经推向市场,华为完全有条件开发属于自己的手机芯片架构,相信在ARM宣布停止新版本授权那一天,华为就已经在发力了,这对于华为来说并非难事,事实上此前华为在其它芯片领域就拥有自己的自研架构TaiShan(泰山)。

3、芯片代工厂的技术突破

虽然国内目前没有获得最先进的EUV光刻机,但是用好目前已有的DUV光刻机同样可以实现高性能芯片的制造!实际上DUV光刻机的极限工艺是7nm,华为海思早前的旗舰芯片麒麟980就是台积电利用DUV光刻机在7nm工艺下制造的。那么国内有这样的水平的工艺吗?答案是有!中芯国际的梁孟松辞职风波时就曾提到,14nm工艺已经可以量产,而7nm工艺在2022年即今年也可以风险量产。但7nm不能给华为做啊怎么破?问题是中芯国际那不叫7nm……它们叫N+1工艺和N+2工艺,其中N+2工艺就大概相当于台积电的7nm工艺。

不过有一个坏消息是,此前中芯国际曾表示遵守禁令不会为华为代工高端芯片……(卧薪尝胆,无需责怪)

4、国产光刻机突破封锁

上海微电子的国产28nm光刻机已经交付,工艺优化后可实现14nm制程工艺。如果能实现量产,或许能暂时满足海思芯片的制造。

后记

无论上述麒麟芯片的消息是否为真(此前某站华为官方号就曾亲自辟谣了天光芯片),华为海思都将向“芯”而行!中国国产芯片业的崛起也终将势不可挡!

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