冰與火之歌：Intel、AMD工藝升級一路風雨
半導體工藝對處理器影響至關重要，可以說是決定了處理器的性能、功耗水平，此前我們在《Intel為何吊打AMD，先進半導體工藝帶來什麼？》一文中介紹了先進工藝給處理器帶來的種種優勢，不過Intel為何吊打AMD的問題我們還沒回答完——Intel從什麼時候開始製程工藝全面領先AMD的？
為了解答這個問題，這次我們統計了AMD、Intel處理器的工藝升級路線圖，上古時代的奔騰處理器就不說了，我們以2000年的奔騰4處理器為起點，對比了這16年來雙方代表性的處理器及工藝變化，如下圖所示：
▲AMD、Intel處理器工藝升級路線圖
2000年Intel首次推出了奔騰4處理器，第一款核心是基於Willamette架構的，製程工藝是180mm（0.18um）。同時代的AMD在工藝上並不差，當年的雷鳥核心Athlon同樣是180nm工藝的。此後，整個奔騰4時代，AMD的處理器工藝都不比Intel落後，架構性能甚至更領先，在2003年首發64位K8架構發布之後尤其如此，這種情況一直持續到2006年Intel推出了Core 2 Duo處理器（「扣肉」架構最早用於移動處理器，C2D品牌時才用到桌面版）。
雖然奔騰4之後的Core架構公認是Intel的翻身之作，性能、能效表現上佳，但那時候AMD、Intel的工藝水平並沒有代差，工藝領先的第一個轉折點出現在2008年，Intel不僅推出了Nehalem架構，處理器也升級45nm工藝，彼時AMD推出的K10架構Phenom處理器還在使用65nm工藝。
▲Intel的Tick-Tock戰略
那時候，Intel不僅更換了Core i7/i5/i3這樣簡單好記的處理器品牌，製程工藝上也開始「開掛」，宣布了著名的Tick-Tock戰略——工藝、架構隔代升級，2年一個周期，從2007年45nm工藝的Penryn處理器開始算起（移動處理器架構，第一個使用45nm工藝的），2008年推出了Nehalem架構，2010年推出了32nm工藝的Westmere處理器（首次使用HKMG工藝），接著就是大部分開始熟悉的SNB、IVB、Haswell、Broadwell及最新的Skylake了。
在最近幾代Tick-Tock升級中，IVB處理器的地位最為獨特——它屬於Tick環，也是工藝升級m，但是Intel對它的描述是「不只是Tick 」，因為該節點Intel除了升級到22nm工藝之外還量產了3D晶體管工藝，其他半導體公司的叫法是FinFET工藝，原理上都類似，就是把晶體管從平面變成了3D立體式的。
3D晶體管帶來的好處就是：與Bulk、半耗盡型PDSOI、全耗盡型FDSOI工藝相比，較低的電壓下性能提升37%，同性能下功耗減少50%；提高了晶體管開關速度；對於給定的晶體管則有更高的驅動電流；成本上只增加了2-3%，相比FDSOI工藝增加10%的成本而言大大降低。
在Intel大步升級製程工藝的同時，AMD這時候卻做出了驚人的決定——多年的重負之下AMD終於選擇了拆分晶圓業務，與阿布扎比高級技術投資公司（ATIC）成立了GlobalFoundries（格羅方德）公司，AMD占股1/3，但隨後AMD不斷減持，最終在2011年抽身，被稱為AMD女朋友的GF最終變成了獨立晶圓代工公司。
此後，AMD在K10架構TLB問題之後推出了改進版的Phenom II處理器（雖然大家說是K10二代架構，但官方表示只有1個K10架構），製程工藝是45nm SOI。
2011年AMD在K10架構之後拿出了「革命性」的推土機（Bulldozer）模塊化架構，與當時主流的X86架構相比，AMD的模塊多核架構很有前瞻性，理念還是很超前的，FX-8150還成為首款桌面8核處理器，製程工藝也升級到了32nm SOI。
但是AMD的模塊多核並沒有成功——至少沒有AMD預期的那般成功，2011年底推土機的32nm SOI在32nm工藝的SNB面前並不算落後，但是推土機性能表現不盡如人意，功耗也不如SNB那麼優秀。更悲劇的是，GF拆分出去之後對新工藝的掌握一直不穩定，不論產能還是性能都滿足不了AMD的要求（這個坑其實還是AMD自己挖的，沒拆分之前工藝已經開始落後了）。
AMD的高性能工藝自此就停留在了32nm SOI這一代上了，第二代模塊化架構Piledriver打樁機也是32nm SOI工藝，之後AMD的第一代APU處理器Llano也用的是32nm SOI工藝，也堅持了三代產品，直到2014年的Kaveri APU上才換了GF的28nm SHP工藝，並沿用至今。
如今Intel與AMD的製程工藝已經拉開三代差距了——AMD在32nm SOI工藝之後就不再升級FX高性能處理器了，每年只有零星的新型號發布而已，但架構、工藝依然沒變，Intel已經發展到14nm工藝了。
公平來講，AMD在半導體製程上也不是沒有高技術，在Intel未量產3D晶體管工藝之前，SOI（絕緣體上硅）技術一直是AMD處理器的獨家秘方，在晶體管之間加入絕緣體可以減少離散電容，更容易提升開關頻率，CPU速度可提升20-50%，同時還可以減少漏電流，降低功耗。
SOI技術主要是AMD及IBM晶圓廠在用，Intel一直拒絕使用SOI工藝，但是32nm工藝之後AMD也放棄SOI工藝了，28nm節點開始轉向傳統的體積硅工藝。
總結：10年輪迴，AMD年底等來了新工藝
矽谷硬漢桑德斯創立了AMD，並主政AMD 30多年，他對AMD影響固然深遠，寧願虧損也要自己建晶圓廠的勇氣值得欽佩，但時代不一樣了，前任CEO的名言也不是金科玉律，AMD放棄晶圓廠進而放棄封裝廠的做法有他們自己的考慮，外人的評價對他們來說並不重要，維持先進的製造工藝對AMD來說耗費太大了，實際上就連藍色巨人IBM都放棄晶圓廠了，甚至是巨資補貼才找到GlobalFoundries接手。
在半導體製造上，AMD當初也是跟Intel並駕齊驅的，但在多年累積之後，AMD的工藝升級已經慢下來了，轉折點就發生2008年前後，Intel提出了Tick-Tock戰略，CPU工藝、架構明確了2年一次升級，而AMD當時正在拆分晶圓廠，K8架構之後的K10架構出師不利，接下來的推土機架構同樣沒有達到預期目標，拆分出來的GF公司初期在製程工藝上一直不成熟，AMD也深受其害。
但是我們並不能說Intel是靠著Tick-Tock戰略才在工藝上戰勝了AMD，實際上這個因果關係是顛倒過來的——正因為Intel在半導體技術上有深厚的積累，才能推出2年升級一次的Tick-Tock戰略。相比之下，AMD的情況就糟糕了許多，他們每年的營收僅為Intel的零頭，價格戰導致盈利水平更是堪憂，而半導體工廠投資越來越高，一座300mm晶圓廠通常要花費50-100億美元，而且折舊率很高，維持先進工藝需要不斷升級，AMD無力維持如此龐大的開支也是正常的。
此外，AMD在K8之後的K10、推土機架構都不給力，無法重現當年Athlon處理器高性能、高能效的輝煌，而Intel在P4架構之後推出的Conroe、Nehalem等架構奠定了今日的基礎，更有先進工藝輔助，率先量產了3D晶體管工藝，這些都遠遠甩開了AMD公司。
如今風水輪流轉，Intel的Tick-Tock戰略這兩年也停擺了，AMD雖然硬拖著32nm SOI沒升級，但GF在放棄自家14nm-XM工藝轉而接受三星14nm FinFET工藝之後也靠譜多了，AMD煎熬了幾年之後總算等來了Zen架構處理器，製程工藝也是14nm FinFET的，與Intel今年的Kaby Lake處理器處於同一級別，也就是說在10年之後AMD在工藝上終於再一次跟Intel同台競技了，年底的好戲可不容錯過。
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▎本文來源：超能網
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