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三星的5nm,相当于台积电(TSM.US)的7nm?

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本文转自微信公众号“半导体行业观察”。

我们知道,Snapdragon 888和Exynos 2100都是在三星新的5nm工艺节点上制造的,下面我们对这个工艺进行一些深入的了解:

要记住的重要一点是,尽管三星称此节点为5nm,但其设计和特性与7nm节点更相似。新节点的关键新特性是在EUV工艺节点上重新引入SDB(single diffusion breaks),以及工艺单元库中的细微变化。

根据三星自己的数字,他们声称5LPE的功耗比7LPP低20%,或者性能高10%。这些实际上是要放在上下文中的非常重要的数字,尤其是当我们比较在TSMC工艺节点上制造的设计时。

至少在去年对Galaxy S20系列以及Exynos 990和Snapdragon 865 SoC进行的审查中,高通(QCOM.US)的Snapdragon 765 SoC也是在三星的7LPP节点上制造的,并具有Cortex-A76内核,这是一个重要的数据点。在比较中,我们看到Exynos 990和Snapdragon 765的A76内核在功耗方面的表现非常相似,但是它们落后于基于TSMC的Cortex-A76内核20%到30%。

在这种情况下,三星的5LPE工艺节点将功率提高了20%,这意味着它们只会赶上台积电(TSM.US)的7nm节点。

要做一个有趣的比较-可能是我们今天实际上能够实现的罕见比较之一,是Snapdragon 865和新Snapdragon 888内部的Cortex-A55内核之间的比较。两个SoC都具有相同的IP内核,它们以相同的1.8GHz频率时钟,并且都具有相同的L2缓存量,唯一的不同是它们的处理节点。

使用SPEC的456.hmmer –因为它是主要位于较低缓存层次结构中的工作负载,因此,我们避免了可能不同的内存子系统的任何影响,我们可以看到两个SoC的功耗的确几乎相同,而性能也得分为6.84对6.81,而新款Snapdragon 888则相同。

因此,至少乍看之下,我们关于三星5LPE仅能赶上台积电N7 / N7P节点的功耗和能效的理论似乎是正确的-至少在这些频率上如此。

进一步有趣的数据是Exynos 2100上CPU的电压曲线。我已经提取了我的两个设备(常规的S21和S21 Ultra)的频率电压表,以上曲线是较小的S21内部更好的分箱芯片。

从这代工艺来说,三星似乎已经能够大幅降低这一代的电压。现在,在Cortex-A55内核上,这些内核在2GHz时仅需要800mV,而去年在我们的评测单元中,Exynos 990则需要超过1050mV。同样,尽管比较并非一帆风顺,但2.5GHz的Cortex-A78内核仅需要862mV,而上一代的Cortex-A76内核也需要1050mV。

有趣的是,Cortex-X1内核与Cortex-A78内核的电压曲线非常接近:它们彼此几乎相同,这实际上与Arm声称新X1内核具有相同的频率能力是一致的作为A78磁芯,只有更大并且功耗随频率呈线性增加。

三星的频率表表明,他们已经在测试高达2.6GHz的A55,以及测试高达3.2GHz的X1和A78内核–但是这里的电压要高得多,而且很可能SLSI也无法达到类似的芯片产量。

不幸的是,我无法从Snapdragon 888 S21 Ultra中提取数据,因此我无法准确确定电压与Exynos 2100相比下降了多少。我可以确认一件事,这两个SoC之间存在很大差异三星确实确实为Exynos 2100的Cortex-X1内核提供了自己的专用电压轨和PMIC调节器,而Snapdragon 888在X1和A78内核之间共享了相同的电压轨。

从理论上讲,这可能意味着在更多的混合线程工作负载中,Exynos有机会获得比Snapdragon 888更高的电源效率。

总的来说,我希望人们明白的是,尽管三星称其为5nm节点,但可以肯定的是,它的性能不会与TSMC的5nm节点相同。通常,我们不太关心密度,但是性能和功率效率是影响芯片和最终产品体验的关键因素。


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