什么是“双芯叠加”技术？

时间：2021-08-19 16:38:54

关键字： 7nm芯片 euv

[导读]在芯片设计方面，华为公司也新曝出了一个“双芯叠加”专利，这种方式甚至可以让14nm芯片经过优化后比肩7nm性能。根据华为曝出的专利来看，华为这种“双芯叠加”专利确实能够大大提升14nm芯片的性能。当然，如果说要比肩真正的7nm芯片，那可能还存在一定差距，就好比英特尔的14nm工艺...

在芯片设计方面，华为公司也新曝出了一个“双芯叠加”专利，这种方式甚至可以让14nm芯片经过优化后比肩7nm性能。

根据华为曝出的专利来看，华为这种“双芯叠加”专利确实能够大大提升14nm芯片的性能。当然，如果说要比肩真正的7nm芯片，那可能还存在一定差距，就好比英特尔的14nm 工艺。
什么是“双芯叠加”技术？

具体来讲，14nm与7nm之间的差距就是相同的芯片面积下，7nm可以拥有更多的晶体管数量，而晶体管的数量限制了芯片的性能。
这也就是说，一颗14nm芯片无论怎么优化都比不过7nm，就如同把两杯50°的水倒在一起，怎么也到不了100°。但是，如果通过某种技术，把芯片任务进行分工，7nm芯片完全自己干，两颗叠在一起的14nm芯片分别完成一部分，然后将最后得到的结果叠加，那么也能完成7nm芯片的任务。
简单来说，就是把两颗芯片的任务分工处理，再叠加在一起，形成更强的运行效率。从理论上来说，优化14nm媲美7nm是有可能实现的，但也需要解决功耗、信号同步、数据流协同处理等方面的问题。当然，这样一来功耗势必要提高很多，而这正是“双芯叠加”的难度所在。
这个专利很多人都理解为两颗独立芯片进行物理堆叠的方式去实现性能突破，其实这是非常严重的错误，如果单单依靠物理堆叠，那么会有非常多的弊端无法解决，例如兼容性，稳定性，发热控制这些都是没法通过物理堆叠来解决问题的，在设计思路上面就会走上歧路，得不偿失也毫无意义。
双芯叠加层级运用于设计和生产初期，也就是说在设计过程中将原来的一颗芯片设计成双层芯片然后利用自己独特的技术，来将这两层芯片封装在一颗芯片中，通过同步信号方式与一些其他方法就可以激活双层芯片共同发力，从而实现芯片性能突破。所以说一个物理层堆叠，一个设计之初就开始改变设计思路，这是完全不同的两个方式。
历史上英特尔也实现过类似的技术突破，只不过英特尔是通过物理封装的方式来完成全新的设计。从单片到2D集成，再从2D集成到3D集成，最终满足不同应用场景的需求。
在2005年AMD推出的双核处理器速龙64X2取得领先优势时，英特尔就通过封装工艺将两个处理器核心封装在一个基板上，推出了奔腾D系列。奔腾D系列的双核心其实与奔腾4并无太大变化，它是将两个奔腾4处理器封装在一个基板上变成双核处理器，这与AMD速龙64X2的原生双核有根本的区别。英特尔的这种做法由于奔腾D的双核处理器没有共享内存、独立的总线互联等原因。因此，奔腾D的性能远比不上AMD的速龙X2，反而导致了处理器的功耗大幅飙升。直到两年后真双核处理器酷睿2系列推出后，奔腾D迅速退场。
英特尔在双核处理器竞赛中后来居上，开始推出tick－tock计划，依靠自家的先进工艺制程加上处理器核心升级更快迅速取得竞争优势，而AMD则由于缺乏资金不得不卖掉芯片制造业务，但是在核心竞赛中依然处于劣势，至2012年处理器已出到八核心。
面对英特尔的竞争优势，AMD在多核技术研发落后的情况下，推出的FX系列也采取了通过封装的方式将两个四核处理器封装在一起从而实现八核架构。不过AMD的FX系列虽然拥有八个核心，但它是两个核心共用一个浮点运算单元。然而，当时的应用软件依然需要大量浮点运算，为了进一步提高性能，AMD将CPU主频提高至5GHz，结果是导致功耗飙升，以致于AMD处理器销售端不得不在出售FX9590系列时强制捆绑水冷散热器销售。
从英特尔和AMD的做法都可以看出，仅靠封装技术无法取得1 1大于2的结果，反而这种做法导致的后果就是功耗过高，不利于散热，在实际使用中可以得到的性能提升远小于预期。
归根结底，目前已知国内的芯片制程最高只能够做到14纳米，虽然正在向着7nm不断进发，但由于没有最先进的euv光刻机，所以导致中芯国际即便是能够研发出7纳米，也没有办法进行试产。如果能通过这种双芯叠加的技术手段对于芯片进行优化，这样14nm芯片的性能就能够达到7nm性能标准，也算是华为的一种另辟蹊径吧！
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