坏消息:台积电N3E节点停止了SRAM微缩,单元尺寸比基础版N3还大
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伴随着世界各地的放开,各种线下活动也逐渐恢复今年,第68届IEEE电子设备国际年会全面恢复来自世界各地的近1500名工程师聚集在旧金山,讨论半导体行业的最新发展
Chip从TSMC的论文中发现,虽然逻辑电路或多或少还在沿着历史的轨迹前进,但SRAM似乎已经完全崩溃了。
TSMC在今年早些时候正式推出其N3技术时,曾表示与N5相比,新节点的逻辑密度将增加1.6倍和1.7倍,但他们没有说的是,与N5相比,新技术的HD SRAM密度几乎没有变化,整体改善总比没有好,这可能意味着使用新一代3nm工艺的CPU和GPU成本更高,终端产品也会更贵。
在IEEE峰会上,TSMC谈到了3nm基础节点和3nm增强的一些数据简单来说,N3E是N3B的略便宜版本,可以说功耗控制比最终芯片上的性能更重要
有趣的是,对于新的N3E节点,高密度SRAM的位单元尺寸并没有减小,仍然是0.021m,与N5节点的位单元尺寸完全相同但你要知道N3B其实是配备了SRAM缩放的,单元尺寸只有0.0199 m,比之前的版本小了5%
粗略估算,N3E的内存密度约为31.8 Mib/mm
相比之下,英特尔的Intel 4将SRAM位尺寸从0.0312 m降低到0.024 m当然,目前Intel 7约为27.8 Mib/mm,仍落后于TSMC的HD SRAM密度。
此外,WikiChip还回顾了一个Imec的演示,PPT显示在超过2nm的节点上,使用叉型晶体管的SRAM密度约为60 Mib/mm但是,这项技术还需要几年时间目前,芯片行业从业者将不得不开发英特尔和TSMC的SRAM密度半导体
那么本站的人可能会问,这个所谓的SRAM跟我有什么关系。
实际上,现代的CPU,GPU和SOC在处理大量数据时,都会使用大量的SRAM进行各种缓存,因为直接从内存中获取数据效率极低,尤其是对于各种人工智能和机器学习工作负载但是现在智能手机中SOC的通用处理器,图形芯片,应用处理器都有很多缓存即使是台式机AMD锐龙9 7950X也有81MB缓存,而Nvidia AD102至少使用123MB SRAM缓存
假设TSMCN16上有一个100亿晶体管的芯片,其中40%是SRAM,60%是逻辑晶体管假设它的芯片面积在255mm左右,其中45mm是SRAM,同样的芯片换成N5会变成56mm的芯片,其中22.5%是SRAM进一步升级到N3会变成44mm的芯片,但是N5和N3E使用的SRAM面积是12.58mm,会占据将近30%的芯片面积
当然,你可能很难感受到这种变化,但是对于一些AI硬件来说,它的架构需要SRAM覆盖很大比例的芯片,这些工程师会比其他工程师感受更深。
展望未来,各行各业对cache SRAM的需求只会越来越大,SRAM占用的芯片面积一时半会难以减少,用N5节点也无法取得明显的性价比本质上,这意味着高性能处理器的芯片尺寸将增加,这也将导致其成本进一步增加比如大家经常吐槽的英伟达RTX 40系列,看到它的GPU芯片直接从三星8nm跳到了最新的TSMC 4N工艺,成本大大增加但从这个角度来看,即使是下一代RTX 50系列产品也可能很难回到以前的低价水平
从成本角度来看,降低SRAM影响最明显的方法就是采用小芯片设计,将较大的缓存分解到较便宜的节点上的独立芯片中,这也是AMD在其3D V—Cache处理器中采用的方案另一种方式是使用替代内存技术,如eDRAM或FeRAM作为缓存,但每种缓存都有自己的优势
无论如何,使用基于FinFET的3nm及以上节点来减缓SRAM的规模似乎是未来几年芯片设计者面临的主要挑战,而对你可能造成的影响是终端产品的价格上涨,比如苹果iPhone 15 Pro系列采用A17芯片。
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