似乎從英特爾宣布22nm工藝開始，芯片技術(shù)的進(jìn)步被芯片制造商玩成了數(shù)字游戲，14nm，10nm，直至5nm，3nm……逐漸的工藝節(jié)點(diǎn)不再代表器件中的具體尺寸，更像是芯片廠商營(yíng)銷的一個(gè)口號(hào)，每一代制程，每一次納米數(shù)字的更新，像是在告訴投資者和消費(fèi)者“我們升級(jí)啦！”
比如在服務(wù)器芯片市場(chǎng)，半導(dǎo)體工藝的納米數(shù)對(duì)產(chǎn)品帶來的聲譽(yù)是無法估量的：AMD通過7nm CPU打敗了英特爾，接下來還將推出5nm和3nm工藝的新產(chǎn)品，這對(duì)AMD在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的重新崛起起到了重要作用。相比之下，英特爾最先進(jìn)的產(chǎn)品還是基于10nm工藝的。
但是這種基于納米數(shù)字的產(chǎn)品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值得懷疑。與用于對(duì)HPC系統(tǒng)性能進(jìn)行排名的Linpack基準(zhǔn)一樣，越來越多的聲音要求采用其他方法來評(píng)估和表征芯片。
在芯片設(shè)計(jì)中，nm是指晶體管柵極的寬度。柵極越小，可以封裝到給定空間中的處理能力就越大。如今越來越多芯片技術(shù)專家認(rèn)為，隨著工藝發(fā)展，越來越小的線寬逼近極限，將無法衡量芯片的發(fā)展。來自麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、臺(tái)積電等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家上個(gè)月在IEEE撰文提出了一種旨在更全面地衡量標(biāo)準(zhǔn)的新的“密度度量”方法。該文章中表示，納米度量標(biāo)準(zhǔn)在“今天幾乎已經(jīng)過時(shí)了”，因?yàn)椴荒芡瑫r(shí)考慮邏輯，存儲(chǔ)和封裝/集成技術(shù)。現(xiàn)在業(yè)界需要的是能囊括更廣泛的系統(tǒng)級(jí)性能指標(biāo)，將“器件技術(shù)的進(jìn)步以全面的方式與系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，同時(shí)承認(rèn)各個(gè)組件之間的協(xié)同作用?！?/p>
上圖的數(shù)據(jù)表明，邏輯，內(nèi)存和連接性之間的全面平衡增長(zhǎng)已成為計(jì)算系統(tǒng)優(yōu)化的隱含指南。
（b）圖中臺(tái)式機(jī)GPU的歷史帶寬與內(nèi)存容量的趨勢(shì)也表明，內(nèi)存容量和帶寬之間的平衡增長(zhǎng)與邏輯和內(nèi)存之間的物理連接數(shù)（總線寬度）成正比。隨著時(shí)鐘頻率由于功率限制而飽和，帶寬的提高可能越來越依賴于邏輯和存儲(chǔ)器之間的連接密度。取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和成本性能的折衷，邏輯和主存儲(chǔ)器DC之間的物理連接密度會(huì)隨數(shù)量級(jí)的變化而變化：從印刷電路板到中介層，再到芯片-晶圓和晶圓-晶圓直接鍵合，最后在將來集成到單片3D集成芯片堆棧中的超密集層間通孔。
自1960年代以來，半導(dǎo)體業(yè)界就一直按晶體管柵極寬度（工藝節(jié)點(diǎn)名稱）來對(duì)芯片進(jìn)行分類。上述科學(xué)家在文章中指出，在過去十多年中，在競(jìng)爭(zhēng)性營(yíng)銷的推動(dòng)下，納米度量以多種方式被曲解變形。一方面，節(jié)點(diǎn)名稱已經(jīng)與實(shí)際最小柵極寬度解耦，并且可能比實(shí)際數(shù)字小幾倍。另一方面，不同的半導(dǎo)體制造商使用不同的節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽，從而造成了進(jìn)一步的混亂。
例如下面是英特爾、臺(tái)積電和格芯三家對(duì)工藝不同的定義細(xì)節(jié)：
此外，科學(xué)家們還指出，5nm芯片將投入生產(chǎn)，下一節(jié)點(diǎn)將是3nm，因此“我們將很快用盡納米來命名下一代技術(shù)”。3nm的大小大約為12個(gè)原子，人們也懷疑半導(dǎo)體工藝的演進(jìn)已經(jīng)逼近物理極限。他們斷言：“然而，半導(dǎo)體行業(yè)將繼續(xù)取得進(jìn)步已成定局，因?yàn)槿杂性S多方法可以使半導(dǎo)體技術(shù)超越二維微型化，而且社會(huì)對(duì)功能更強(qiáng)大的電子系統(tǒng)的需求還在不斷提高，永不滿足?！?/p>
科學(xué)家提議，以“LMC密度指標(biāo)”代替納米節(jié)點(diǎn)。它是一個(gè)由三部分組成的數(shù)字，反應(yīng)了器件密度與“更先進(jìn)的計(jì)算系統(tǒng)的益處-半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的主要推動(dòng)力”之間的關(guān)系。這三個(gè)數(shù)字是：
DL：邏輯晶體管的密度，單位為#/mm2
DM：主存儲(chǔ)器的位密度（當(dāng)前片外DRAM密度以＃/ mm2為單位）
DC：主內(nèi)存和邏輯之間的連接密度（以＃/ mm2為單位）
根據(jù)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，當(dāng)今的領(lǐng)先技術(shù)可以用[38M，383M，12K]來表征。
科學(xué)家們表示，系統(tǒng)指標(biāo)的這三個(gè)組成部分有助于體現(xiàn)計(jì)算系統(tǒng)的整體速度和能效。這種平衡在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中是隱含的，并允許以最佳方式改善整體系統(tǒng)性能。他們還指出，歷史數(shù)據(jù)顯示邏輯，內(nèi)存和連接性呈相關(guān)增長(zhǎng)，表面未來數(shù)十年“DL，DM和DC的均衡增長(zhǎng)”。“LMC密度指標(biāo)”特別關(guān)注邏輯，內(nèi)存和連接性的集成。 “除了符合歷史趨勢(shì)和我們對(duì)計(jì)算系統(tǒng)的直覺之外，LMC密度度量標(biāo)準(zhǔn)還適用于并且可擴(kuò)展到未來的邏輯，存儲(chǔ)器和封裝/集成技術(shù)?！?/p>
技術(shù)提供商和研究人員可以解決LMC指標(biāo)的一個(gè)或多個(gè)組成部分。提供最終產(chǎn)品（例如特定領(lǐng)域的硬件加速器）的公司可以選擇提及所有三個(gè)組件來描述特定的邏輯，內(nèi)存和封裝技術(shù)，這些特定的邏輯，內(nèi)存和封裝技術(shù)被封進(jìn)了最新的產(chǎn)品模型。這個(gè)三管齊下的指標(biāo)以全面的方式直接將設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步與系統(tǒng)級(jí)的利益聯(lián)系起來，同時(shí)承認(rèn)各個(gè)組件之間的協(xié)同作用。例如，采用具有堆疊多個(gè)邏輯和存儲(chǔ)器管芯的3-D封裝的半導(dǎo)體技術(shù)，其DL和DM會(huì)相應(yīng)增加，因此與采用相同邏輯和存儲(chǔ)器技術(shù)但不具有3D管芯堆疊的另一種可能的產(chǎn)品相比，展示了進(jìn)步。
不過，芯片供應(yīng)商可能會(huì)繼續(xù)使用他們喜歡的標(biāo)簽來營(yíng)銷其技術(shù)?？茖W(xué)家們表示，LMC密度指標(biāo)可以通過“作為衡量半導(dǎo)體制造商之間技術(shù)進(jìn)步的通用語言”來促進(jìn)更加“清晰的交流”。最重要的是，LMC密度度量標(biāo)準(zhǔn)使半導(dǎo)體行業(yè)擺脫了接近枯竭的納米數(shù)來描述半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的麻煩，盡管“納米”在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)行業(yè)來說仍然非常重要。
（校對(duì)/ Jurnan ）
