Intel和AMD展示:芯片的两条路

FPGA开发圈 2022-11-29 11:56

来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)编译自eetjp等,谢谢。

在即将过去的2022年,半导体将成为众多新闻的焦点,当中也不乏话题。“半导体短缺”一词现在甚至成为日常用语的一部分。2022年只剩下几天了,但下半年大处理器正在陆续出炉。虽然很多芯片都比较紧缺,获取起来有些困难,但是我们还是尽可能多的采购芯片,拆开芯片继续分析。


在本文中我们将拆解分析AMD的“Ryzen 7000”和Intel的“第13代Intel Core”系列,以探索两大芯片巨头的演进之道。


图1为AMD于2022年9月发布的锐龙7000系列的外观。Ryzen 7000系列采用第4代“Zen”架构“Zen4”作为CPU。处理器顶部有一个形状不寻常的 LID,凹槽中嵌入了一个电容器。


图 1:AMD 于 2022 年 9 月发布的“Ryzen 7000”系列


Ryzen 9 7950X拥有16核/32线程的CPU和64MB的三级缓存。Ryzen 5 7600X拥有6核/12线程的CPU和32MB的L3缓存,几乎是规格的一半(顺便说一句,Ryzen 5 7600X上面有“Ryzen 7 7700X”,8核/16线程。)。在 LID 下,顶部的 Ryzen 9 7950X 有 3 个硅,下面的 Ryzen 5 7600X 有 2 个。这是一种称为CHIPLET的安装方法。IO 硅和 CPU 硅的结合具有能够创建各种规格的优势。


这是AMD从上一代“锐龙3000”系列开始就一直在使用的技术。在PC方面,我们将CPU芯片的安装数量从1个改为2个,形成了从高端到低端的产品阵容,通过将芯片从4个增加到8个,我们打造了一个性能和功能都得到提升的产品阵容。


图 2显示了 Ryzen 9 7950X 芯片拆解。硅是表面贴装在封装中的,拆下来翻过来可以看到电路面。IO 芯片采用台积电 6nm 工艺节点制造。芯片上是 2021 年和 AMD 标志,只有在显微镜下才能看到。它在略小的面积内实现了比上一代 IO 硅更高的性能。两个 CPU 芯片是相同的。台积电5纳米制造。面积比上一代的7nm有明显的缩小。芯片上没有 AMD 标志或年份信息。


图2:AMD的芯片拆解


图3是上一代“锐龙9 5950X”与新芯片锐龙9 7950X的芯片走线面积对比。面积不是以平方毫米为单位的数值,而是以锐龙9 5950X为1的数值。


图3


新旧IO外观、外观、新旧CPU外观、外观几乎一样。与在 GlobalFoundries 的 12nm 制造的上一代 IO 硅相比,尽管采用了 TSMC 的 6nm,但新一代 IO 硅的面积仅减少了 3%。


PCI Express从4.0变成了5.0,DDR内存接口从DDR4变成了DDR5,几乎没有什么变化。


此外,Ryzen 9 5950X 中没有搭载的 GPU“RDNA 2”也被搭载在 Ryzen 9 7950X 的 IO 芯片中。由于CPU芯片的架构从“Zen3”变成了Zen4,CPU部分的比例比上一代略大。


CPU芯片每侧4个CPU核心,共8个,L2(共16MB,上一代8MB)和L3 64MB(L3大小与上一代相同)被8核CPU包围。如果说上一代锐龙9 5950X的面积是1,那么锐龙9 7950X是0.83,这意味着在性能和内存容量提升的同时,面积却实现了大幅缩减。图3中写成7nm Area 1.00和5nm Area 0.83的部分分别是L2和L3缓存,字母左右分别是8个CPU,所以可以很明显的看到CPU部分和内存部分的比例发生了变化显著地。制造工艺的小型化减少了内存,CPU架构的更新增加了逻辑部分。


图4为2022年10月发布的英特尔第13代酷睿系列的高端“Core i9 13900K”和同时发布的中端规格“Core i5 13600K”。与AMD锐龙7000系列几乎相同的高端和中端阵容同时上市。拆掉LID可以确认高端和中端都是一样大小的硅片。AMD通过结合硅来创建阵容,而英特尔使用一个硅(停止功能,不使用制造缺陷等),CPU,IO,GPU与一个硅实现有很大的不同。


图4


图5是英特尔2021年发布的“第12代酷睿i9 12900K”和2022年第13代酷睿i9 13900K的封装外观和硅片上的标识对比。2021年的12代也是共享芯片,分别做Core i9/i7/i5,但是13代的配置是一样的。由于第 12 代 CPU 架构是“Alder Lake”,因此该芯片的符号为“ADI”和开发年份“2020”。到了13代,CPU架构更新为“Raptor Lake”,所以字母“RPI”和开发年份为“2021”。英特尔每年都会开发新的处理器。由于AMD用Ryzen 7000将CPU插槽从AM4换成AM5,主板也得换,而Intel的12代和13代都是用同样的封装,所以主板是之前的型号芯片组“Intel 600”可以按原样使用。


图5


图 6显示了第 12 代 Core i9 12900K 芯片和第 13 代 Core i9 13900K 芯片的比较。酷睿i9 12900K搭载了一颗共16核、8个高性能核心和8个高效能核心的CPU,GPU为“UHD770”,而酷睿i9 13900K随着CPU架构的更新,效率更高核心数翻了一番,达到16个核心。“Intel 7”(10nm)用于制造。由于制造工艺没有改变,高效能核心数量增加8个直接导致面积增加,面积比上一代增加了约21%。


图6


图7是2022年9月和10月发布的AMD锐龙9 7950X和英特尔第13代酷睿i9 13900K与上一代CPU的面积对比。

AMD上一代锐龙9 5950X采用CHIPLET配置,如果3硅总面积为1.00,下一代锐龙9 7950X将总面积减少11%(=0.89)。


由于 1 硅化的影响,英特尔第 12 代酷睿 i9 12900K 比锐龙 9 5950X 小 29%(= 0.71)。不过在保持相同制造工艺的同时,我们增加了高效CPU核心的数量,所以面积也有所增加,而英特尔第13代酷睿i9 13900K相比最新的锐龙9 7950X,面积差异更小,区别在于3%(0.89 和 0.86)。


不过值得注意的是,英特尔的芯片总面积还是略小了一些。这是因为可以认为英特尔的单硅面积效率优于AMD使用先进工艺。如果分割硅,则硅之间的IO部分(区域效率差:难以小型化)变得很大。另一方面,中等规格的AMD Ryzen 5 7600X可以切割一个CPU硅片,因此硅片总面积比Intel的Core i5 13600K小24%。


AMD 和 Intel 目前分别有不同的 CHIPLET 和 1 silicon 制作方法。毫无疑问,未来CHIPLET、HBM(High Bandwidth Memory)等结合硅片的“硅片拼图”会越来越多,但需要充分认识到,单片硅片的优势依然很大。

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