【AET原创】先进制程竞争已成为影响CPU的决定因素

　　CPU的生产是需要经过硅提纯、切割晶圆、影印、蚀刻、分层、封装、测试7个工序，这个过程中要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。其工艺的先进与否关系到CPU内能塞进多少个晶体管，还有CPU所能达到的频率还有它的功耗。1978年Intel推出了第一颗CPU--8086，它采用3μm（3000nm）工艺生产，只有29000个晶体管，工作频率也只有5MHz，而现在晶体管数量最多的单芯片CPU应该是Intel的28核Skylake-SP Xeon处理器，它拥有超过80亿个晶体管，而频率最高的则是Core i9-9900K，最大睿频能到5GHz，它们都是用Intel的14nm工艺生产的。

　　先进的制程工艺提升对于 CPU 性能提升影响明显。工艺提升带来的作用有频率提升以及架构优化两个方面。一方面，工艺的提升与频率紧密相连，使得芯片主频得以提升；另一方面工艺提升带来晶体管规模的提升，从而支持更加复杂的微架构或核心，带来架构的提升。根据 CPUDB 的数据，可以看出在芯片发展历史上，工艺提升显著带来了频率提升和架构提升的作用。随着制程节点进步，可以发现频率随工艺增长的斜率已经减缓，由于登德尔缩放定律的失效以及随之而来的散热问题，单纯持续提高 CPU 时钟频率变得不再现实，厂商也逐渐转而向低频多核架构的研究。

　　AMD 先前代工厂商 GlobalFoundries14nmLPP 技术授权自三星，工艺水平低于 Intel 14nm，但同价位产品多线程性能更高。以 AMD 目前最新的 Ryzen 系列处理器为例，Ryzen系列于 2017 年 3 月上市，采用 ZEN 架构，制作工艺采用 GlobalFoundries 14nmLPP，事实上 GlobalFoundries 14nmFinFET 技术于 2014 年购买自三星，在栅极间距（Gatelength）/CPP（ContactedPolyPitch）、鳍片间距（FinPitch）、第一层金属间距（MetalPitch）等参数上 AMD 14nm 处理器均弱于 Intel 14nm 处理器。根据 Anandtech 性能测试结果，AMDRyzen 系列 CPU 在单线程性能方面弱于同价位 IntelCPU，但由于采用了堆积更多核心的设计，实际多线程性能强于同价位 IntelCPU，因而 AMD RyzenCPU 实际拥有更高性价比。

　　目前服务器市场英特尔占据约 99%市场、AMD 约 1%；桌面级市场英特尔约占 91%、AMD 约 9%。AMD 在 CPU 市场长期位于市场第二，近几年来市场份额有显著下降。但自2017 年 AMD 发布 Ryzen 新系列之后，新品获得较好反响，市场份额开始好转。2018 年AMD 服务器 CPU 市场份额已回升超过 1%，个人电脑 CPU 市场份额亦回升至 10%左右。

　　AMD转投台积电后，工艺水平赶超英特尔，有望持续扩张市场份额。近期 AMD 宣布在 7nm 节点采用台积电工艺，其长期合作的代工厂 GlobalFoundries 放弃 7nm 研发。一方面，由此可见赛道壁垒持续提高，GlobalFoundries 7nm 技术进展已无法满足 AMD 需求，台积电在有限的未来先进工艺代工中难以看到对手。另一方面，CPU 已经进入 Fabless + Foundry 阶段，英特尔与 AMD 之间的竞争实质上变为英特尔作为 IDM 与台积电代工工艺的竞争。由于台积电 2018 年 Q2 已量产 7nm 工艺，AMD 有望从 2019 年上半年逐渐出货7nmCPU 产品，而英特尔 10nm 预计 2019 下半年量产，实际出货恐延后至 2020 年。AMD有望工艺领先 Intel 一年左右，未来一年内在服务器端和个人电脑端 AMD 有望持续扩张市场份额，预计 AMD 与台积电双双获益。