AMD、NVIDIA和英特尔三巨头的晶圆暗战影响我国芯片发展

(原文作者 刘旷;在此特别鸣谢 ) 近日,amd zen 3桌面端处理器正式发布,算是把intel、amd、nvidia三大通用芯片巨头近几年的激烈角逐推向了一个高潮。
如今zen 3处理器正式发布,从纸面参数上来看,zen 3桌面端cpu已经实现了对intel十代酷睿的超越。而在gpu市场中,amd同时也对nvidia的霸权构成了巨大威胁,于是9月初发布的rtx3000系列,让我们罕见的看到了nvidia在高端显卡上的性价比。
amd明显已经让cpu霸主intel和gpu霸主nvidia都感受到了巨大的压力。那么在通用芯片领域,amd究竟能掀起多大的变化就成了一个很值得探讨的问题。
amd较intel优势更加明显
zen 3处理器的发布,让amd较intel的优势进一步凸显。
amd zen 3在性能方面的进步非常显著。zen 3重新调整了ccx与核心布局、缓存体系,再次显著提升了ipc和最高加速频率,相比上一代ipc有19%的显著提升,最高加速频率从4.7ghz提升到了4.9ghz。对比intel,在多核性能方面amd的优势继续得到巩固,在单核性能表现上,amd进一步缩小了和intel的差距。
amd zen 3的性能提升已经足够令人感到振奋,但真正令人惊喜的是amd在能效方面的巨大进步。zen 3是zen、zen+、zen 2之后的第三代新架构,尽管依然采用了和zen 2相同的台积电7nm工艺,但相比初代zen架构,zen 3架构实现了每瓦性能2.4倍的大幅提升,把热设计功耗保持在了105w。对比intel,据amd官方介绍,采用zen 3架构的新款锐龙9处理器能效比是i9-10900k的2.8倍。
从实际体验来看,基于zen 3架构的全新一代amd锐龙5000系列桌面级处理器在重度工作负载方面或将占据领先地位,其中amd锐龙9 5900x处理器和上代产品相比,在选定游戏中性能提升高达26%。
性能显著提升、能效比优势进一步凸显,重度工作负载和游戏表现大幅提升。amd zen 3的这些优异表现,都建立在7nm工艺的基础上。
说到底,amd相对intel最大的优势,就是率先采用了台积电7nm先进工艺制程。intel的桌面级处理器,无论是今年4月发布的10代酷睿comet lake,还是明年一季度将要发布的11代酷睿rocket lake采用的依然都是intel的14nm工艺。
所以现在cpu市场的情况,简单来讲就是amd在台积电先进制程工艺平台上有了更好的表现,这使得amd彻底发挥出先进制程的优势,并以这种领先优势不断动摇intel在cpu市场的长期霸权。
amd对nvidia构成巨大威胁
gpu市场的情况和cpu市场有些类似。在过去的近20年中,和intel一样,nvidia同样逐渐在全球gpu市场中建立起了牢不可破的霸权。到了现在,nvidia同样需要面临amd凭借先进制程工艺发起的挑战。
2000年之后,全球gpu市场中只剩下nvidia和amd两个玩家,amd也只在2004-2005年市场份额短暂超过nvidia,其余时间nvidia一直相对amd保持着巨大的优势。数据显示,在2018年第四季度,两者的差距扩大到了极致,在当时的gpu市场中,nvidia份额超过81%,而amd的市场份额只有19%。
绝对的市场主导地位,让nvidia直接把rtx2000系列的高端消费级显卡卖到了上万元。然而到了2019年,amd率先推出全球首款7nm游戏显卡amd radeon? ⅶ,一举扭转了局势。2019年的gpu市场,amd的份额上涨了近10个百分点,相应的nvidia的市场份额下降了近10个百分点,2020年这个趋势仍在持续。
为了应对amd的先进制程工艺挑战,在今年9月1日,nvidia正式发布基于全新ampere架构gpu的geforce rtx 30系列显卡。新一代的ampere gpu在性能和特性上有着飞跃式的进步。在制程工艺方面,也从台积电的12nm特色工艺变成了三星8nm特色工艺,而在价格方面,nvidia更是作出了令人吃惊的让步。
举例来说,传统性能方面rtx 3080能超越上代旗舰显卡rtx 2080 ti 28%左右,而且首发价格差不多只有rtx 2080ti的一半。
nvidia之所以突然变得如此具有“性价比”显然并不是因为“良心发现”,而是受到了amd实实在在的市场威胁。
在amd近日处理器发布会的最后阶段,amd还披露了新显卡的一些信息,苏姿丰博士在会上表示,rx 6000系列big navi将是amd打造的性能最强的游戏gpu,这无疑是amd在显卡市场吹响了又一轮向nvidia发起进攻的冲锋号。
背后的晶圆代工暗战
从苏姿丰博士2014年10月上任amd ceo到2019年的5年里,amd在cpu和gpu市场双线作战,2019年同时在两大市场双双丰收。amd的这一波逆袭,被称为“硅谷最伟大的卷土重来之一”。
不容忽视的是,amd的“卷土重来”建立在先进制程工艺的基础上。更确切地讲,正式配合台积电先进制程工艺不断革新架构,才有了amd近年来在通用芯片市场的巨大成功。
同样的,intel和nvidia的市场霸权之所以被amd动摇,最根本的原因也是因为他们在先进制程方面的相对保守。
intel在先进制程方面的落后,归根结底是因为其所坚持的idm模式,被台积电的foundry模式所超越。而nvidia在先进制程方面的保守,则是因为nvidia在市场中的巨大成功,令其缺乏更新制程工艺的动力。
如今amd凭借先进制程工艺“卷土重来”,引发了通用芯片巨头们在先进制程工艺领域的“鲶鱼效应”。现在无论是nvidia抑或是intel都明显加快了各自在先进制程工艺领域的布局,nvidia联合起了三星半导体,而intel则加快了其10nm生产线建设。
所以通用芯片巨头间的这些明争暗斗,其实也对全球晶圆代工行业产生了显著影响。当然,这些通用芯片巨头间的争斗,和中国同样也有紧密的联系。
国产芯任重道远
目前来看,虽然intel、amd和nvidia都是三家美国企业,但对他们之间的竞争态势,我们却不能只是看热闹。
一方面,我们目前无法摆脱对这些通用芯片巨头的依赖。
无论是cpu还是gpu,目前全球也只有这三家公司能够设计生产,国产自研芯片虽然有了一些成果并且已经可以投入市场,比如说龙芯、兆芯的一些产品已经可用,但想要做到完全替代intel、amd和nvidia的产品,目前还并不现实。
而这些通用芯片除了应用于消费级市场,用在台式机电脑和笔记本电脑上,还被大规模的应用于服务器中。更进一步说,其实目前蓬勃发展的云计算技术,就需要大量的服务器支持,并不能摆脱对intel、amd和nvidia这些通用芯片巨头的依赖。
另一方面,这些通用芯片巨头早已不是单纯只做通用芯片。
intel、amd和nvidia三大通用芯片巨头固然是做cpu、gpu这类通用芯片起家的,目前主要做得也还是这些,但却绝不局限于此。
intel从2014年就开始做ai芯片,目前其ai芯片发展已经进入成熟阶段。除了自研基于cpu、gpu的ai芯片外,还收购了moviduis、nervana及habana等ai芯片公司。amd在ai芯片方面同样也在努力进取。
nvidia的gpu之前被大量应用于人工智能计算,目前nvidia无论硬件、抑或软件算法在人工智能领域都颇为领先。除此之外,nvidia近期努力推进收购arm的事项,一旦nvidia完成对arm的收购,那么国产自研基于arm指令集的芯片都会大受影响。
总之,我们既没有摆脱对这些通用芯片巨头的依赖,intel、amd和nvidia三巨头的影响力又不仅限于通用芯片。三巨头之间的大战,最后终将对我国产生直接影响。而要想摆脱这种局面,归根结底还是需要国产芯片、国产半导体产业尽快发展。
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