AMD半导体知识简介
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2021-09-22 14:28
尽管 2019 年全球半导体销售额为 4,120 亿美元，较 2018 的历史峰值略有下降，但整个行业仍然表现强劲，其中美国公司占全球市场份额近 50%。
到 2022 年，与人工智能 (AI) 相关的半导体市场预计将从目前的 60 亿美元收入增长到超过 300 亿美元，预计年复合增长率 (CAGR) 将近 50%。
半导体：现代电子产品的大脑
当我们点击、滑触、输入或与电子设备交谈时，我们希望我们的指令能够得到正确的即时响应。但是在这个过程中是什么在搜索、量化、优化和交付我们期望的结果？在大多数情况下，是半导体。
“半导体”是在教育、研究、通信、医疗保健、交通运输、能源和其他行业中使用的成百上千万电子设备的关键组件。当今的个人计算机、智能手机、汽车、数据中心服务器和游戏机都依靠半导体来实现核心运算和高级功能。例如，当我们使用笔记本预订假期，查找餐厅推荐，播放电影或访问电子邮件时，笔记本中基于半导体的 CPU 和 GPU 将展开计算，即时将问题变成答案。
什么是半导体？
由半导体材料（例如硅）制成的集成电路 (IC) 是商业和消费行业广泛使用的现代电子设备的重要组成部分。这些电路必须能够通过电子方式开/关（就像晶体管），才能在计算机中执行基础逻辑计算。为了实现这种近乎瞬时的开关能力，电路需要采用半导体材料（一种电阻介于导体和绝缘体之间的物质）。
半导体器件的制造需要在称为晶圆厂的专业设施中分多步进行。开发、设计、生产、发布和服务一个半导体产品系列需要多年的行业经验和研究。通常半导体公司必须同时应对多个处在生命周期不同阶段的产品系列。产品发布后，有些客户合同可能规定厂商持续提供该产品长达十年左右的时间。
从芯片设计到消费产品
半导体生产是一个高度复杂的过程，需要很长的时间才能实现我们期望从日常设备得到的功能。半导体的生产时间会因复杂程度不同而有所差异，不过平均来说，从最初的研究到最终成品需要 3 到 5 年的时间。
摩尔定律和当今的挑战
1965 年，工程师 Gordon Moore 观察到，集成电路中的元件数量每年都翻倍。他预测这种趋势将至少再持续十年。1975 年（当时先进处理器的晶体管数量约为 4,000-5,000），他将预测的速度修改为每两年翻倍。这在半导体工业中被广泛称为摩尔定律。到 2015 年，Moore 预测随着晶体管的微型化在原子水平上成为根本性障碍，集成电路密度增加的速度将在未来十年左右达到饱和点。AMD 于 2019 年推出的第 2 代 EPYC（霄龙）服务器 CPU 的晶体管数量已达到近 400 亿个。
如今，一部智能手机的计算能力远超 NASA 在 1969 年阿波罗 11 号登月中使用的计算机。
制程工艺的发展
最新制程工艺：7nm 以及更小
采用 7nm 制程工艺的集成电路代表电子设备芯片的新发展，与上一代集成电路相比，每瓦性能更高。更高密度的设计将更多元件封装在更小的空间中，可实现更大的功能（例如用于人工智能和机器学习应用），并且可以实现更高的能效。
AMD 是第一家将 7nm x86 CPU 和 GPU 推向市场的公司。如今，这些设备已在数据中心和消费级产品（例如台式机和笔记本电脑）中应用。由于新制程工艺的研发时间非常长，AMD 工程师正致力于创新，希望在未来实现 5nm 和 3nm 制程的集成电路。
小芯片的兴起
另一种提高处理器性能的重要方式是引入分区多芯片设计，半导体公司因此可以将许多较小的低核心数芯片连在一起，生产出具有更多核心的 CPU。例如，AMD 的第二代 EPYC（霄龙）服务器处理器将整体的 32 核服务器芯片分为八个 7nm “小芯片”，这些芯片集成在一个多芯片模块中并使用高速信号通道相连。如果采用单一芯片设计，由于制造设备的限制（精度限制），我们是不可能制造出这种高性能的 EPYC（霄龙）处理器。小芯片设计还可以提高制造过程中的良品率。据 AMD 估算，这种多芯片方式可将制造成本降低约 40%。
术语知识：
中央处理器 (CPU)：执行算术、逻辑、控制和输入/输出 (I/O) 运算的计算机主控制电路 小芯片：完整系统级芯片 (SOC) 上通常包含的具有某种单一功能的集成电路 (IC) 晶片：一小块半导体材料，可用来制造特定功能的集成电路 Fabless 业务模式：半导体行业的领先运作模式，公司可以将更多的利润用于研发和增长战略 图形处理器 (GPU)：可以同时执行大量数据运算以在显示器上创建图像或进行机器学习分析这类非图形计算的电路 集成电路 (IC)：在一小块半导体材料（例如硅）上设计的一系列电子电路 纳米 (nm)：度量单位（十亿分之一米）；用于表示制程工艺的最小功能尺寸 （例如“7nm 制程工艺”） 原始设备制造商 (OEM)：组装或生产供销售的最终用户设备的公司 封装：使用金属、塑料、玻璃或陶瓷来密封一个或多个独立集成电路 制程工艺：半导体的特定设计规则和制造工艺 系统级芯片 (SOC)：在同一芯片上包含各种计算机或其他电子系统元件的集成电路 晶体管：调节电流流动的元件，是集成电路的基本组成部分 晶圆：用于制造多个集成电路芯片的硅薄片
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