為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

經歷了去年以來的內存與顯卡漲價,很多人才驚然發現,原來電子產品也會有逆時漲價,原來摩爾定律已經不能左右產品價格。以後電子產品會越來越貴嗎?我們該擔心什麼?

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

摩爾定律之所以能發揮作用,簡單來說是半導體制程不斷髮展,使得芯片體積越來越小,這帶來許多好處:除了製造成本更低之外,芯片性能也得到提升。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

半導體制程工藝當前處於10納米級。芯片中元器件的間距越小,晶體管開關頻率就可以更高(更高頻率),導通電壓可以更低(更低功耗),同一片晶圓可切割的芯片可以更多(成本更低)。不過現在繼續縮減線寬遇到了困難,英特爾已經在14nm上停滯了4年之久,遲遲無法跨入10nm工藝時代,更不要說原計劃的7nm甚至5nm。現在CPU性能的提升早已從頻率提升變更為核心數量的提升上來,不管AMD還是英特爾都在大打核心數量牌,自銳龍上市以來“核戰爭”趨勢更是愈發濃烈。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

為了降低難度,英特爾甚至已經準備好了再次製造膠水CPU:CPU核心與顯示核心使用10nm工藝,IO與通信部分使用14nm工藝,其餘與性能關聯較低的部分甚至打算用更早的22nm工藝製造。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

核心數量可以成倍提升CPU理論性能,但由於老一輩程序員精心優化程序效能的精神早已被快速開發、快速部署、快速迭代的模式所取代,對於優化程序在多核CPU上運行效率的問題都不是特別上心,所謂渣優化只是顧不上優化的結果:過去三五年開發一代操作系統,現在Windows 10每月一個小版本,每半年一個大版本,連Debug都顧不上,還要應付隔三差五曝光的CPU漏洞修補程序,性能不倒退都要燒高香了。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

CPU發展遇到瓶頸的同時,近幾年快速發展的閃存存儲也遇到同樣的製程微縮困局。閃存的製程和CPU差不多,一樣發展到了14nm或15nm的級別,再度縮微的機會不大:量子效應導致更多的數據錯誤,推高糾錯成本。與CPU多核化發展不同,閃存的破局之道是3D立體堆疊。去年,東芝首先進入64層堆疊時代,將存儲單元從平面擴展發展為垂直堆疊,在製程小幅回退的同時贏得了容量的再度增長機會。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

相比CPU多核心發展帶來的表面性能增長,閃存3D化帶來的好處是實實在在的,64層堆疊3D閃存相比2D平面閃存的存儲密度提升一倍以上,而今年年底東芝就將率先進入96層堆疊時代,單顆閃存芯片的容量將突破1TB。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

不過,預計在256層堆疊之後3D閃存也將因散熱等問題遇到發展瓶頸,解決方式將延續SLC->MLC->TLC的閃存發展之路,目前東芝已經發展出QLC閃存技術,通過擴增每個存儲單元數據記錄能力,使閃存容量延續增長態勢。在東芝提出QLC之後,美光和三星也表示要跟進推出QLC,預計最早明年我們就可以在固態硬盤上看到QLC閃存的應用。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

CPU核心增多帶來多線程優化難題,發展QLC閃存同樣會有耐久度疑慮。根據最新的業界預計,QLC閃存將直接以3D製程起步,初期耐久度為150到1000次擦寫循環,基本與2D TLC持平。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

當然150到1000是一個很大的範圍,東芝已經決定以高於TLC的耐久度作為設計目標,預計東芝原廠QLC閃存將擁有1.5倍於2D MLC、3倍於2D TLC閃存的耐用度。選擇原廠固態硬盤不但壽命不會縮水,還會比過去更為耐用。

為什麼CPU製程數字越小越好,閃存卻相反?

總的來說,CPU性能增長乏力依然會是未來的趨勢,而作為新興PC配件的固態硬盤則依然有很長的時期可以不斷提升容量,距離機械硬盤徹底淘汰的一天已經不遠了。


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