从RYZEN挤多牙膏说起

在10月5日首发的Coffee Lake一共有4个型号，分别是8700K、8700、8600K、8400、8350K和8100，分别替代前辈7700K、7700、7600K、7400、7350K和7100。这次更新，可以说是intel是在nahelam之后，CPU规格/性能提升最大的一次：I3从2C4T变成4C4T，I5从4C4T变成6C6T，而i7则是从4C8T直接变成了6C12T。这些处理器虽然大多的Baseclock有所降低，但boost频率却进一步拉高。因此这代处理器的理论规格相比上代Kabylake-S基本有50-100%的提升。                                 

最近几年英特尔每年的产品性能提升基本只有不到3%水平，被一些人戏称为牙膏厂。而英特尔在Coffee Lake上的不再挤牙膏，有很多人将其归功于AMD Ryzen系列的给力，甚至有人说AMD这次给英特尔压力太大，都把牙膏挤的过多了。（上面这个GIF虽然粗糙，但还是可以反应出不少人的想法）

判断牙膏是否挤多需要更多的数据支撑，需要分析英特尔的Tick-Tock策略和核心面积变化的规律。芯片是由整个晶圆切割而成，在相同工艺的情况下，单个晶圆的成本相对固定，单个芯片的核心面积越小，那单个晶圆可以切割的处理器数量就越多，这样处理器的平均成本就更低。这张图可以反应出intel 4+2处理器的核心面积变化，一般而言在tock变换架构时候芯片规模会变大，而在Tick变更工艺线宽时候芯片面积就会缩小。当然也有例外情况，Broadwell到Skylake虽然是tock变换架构，但芯片面积还是缩小了，这是因为5775C的集显规模过大。虽然有这个小波折，整体而言，4+2的级别处理器核心面积规模整体趋势是稳中有降，作为Tock的Coffee Lake核心面积从kaby Lake的126mm2增长到149.5mm2，这也属于正常范畴。

新一代的Coffee lake在intel的Tick-Tock里属于Tock，就是架构更新，而不更新工艺。当然，这个仅仅是传统的Tick-Tock策略说法的延续，但严格的说这样的策略已经不能完全套用现在的实际情况。14nm的首发Boardwell，也就是5775C那代产品，仅仅是存在产品，并无实际意义。而从Boardwell-Skylake-Kabylake再到Coffee Lake连续四代产品都采用14nm工艺，看来Tick-Tock策略似乎已经不能延续了，要破产了，但实际是这样么？

从工艺线宽而言，这4代是14nm是没什么变化，但看工艺我们不能仅仅只看线宽，其实从首代的14nm到现在的14nm从性能上还是有很大的差别。首代的Boardwell和后续的Skylake是14nm FF，而后续的Kabylake，虽然延续了Skylake的架构，工艺线宽依然停留在14nm，但其采用的14nm FF+工艺相比原始的14nm FF性能大幅提升。这个性能提升从6700K默认4.2GHz,风冷超频的基本盘4.5GHz提升到7700K默认4.5GHz超频4.8GHz还是很明显。因此Kabylake严格的说，不仅仅是单纯的优化 ，而是工艺有了很大的进步，应该算是Tick。

Coffee Lake架构变化了，毫无疑问是Tock，但仅仅是Tock么？Coffee Lake的制程又升级了，从Kabylake的14 FF+升级到了14 FF++。并且这个++很强，强得都脱离了工艺发展的基线。从上面intel官方PPT看，14FF++性能不仅大幅优于14FF+，甚至都要远好于10nm的初代性能，即使是icelake的10FF+相比也毫不逊色，还略胜一筹。8700K在核心增加一半的情况，依然可以维持4.3GHz的默认频率，而超频甚至可以上5.0GHz，这相比7700K又有了一定的提升。性能要比目前14 FF++更好的10 FF++就是2020年以后的事情了，

英特尔在上月北京举行的英特尔精尖制造日公开的数据14FF++相比14FF+性能提升24%，而14FF+相比第一代14FF提升幅度只有12%。14FF++在性能等级上完全是新的一个级别的工艺, 因此说其是Tick并不为过。因此Coffee Lake-S无论是在架构上，还是工艺上，还是规模上，都不再是挤牙膏，而是有很大的进步。

挤牙膏的艺术

当然芯片成本不仅是核心面积，还是需要考虑其他很多要素。这张图反馈的是英特尔12年以来的芯片成本变化曲线，新线宽工艺在初期由于晶圆产线的成本均摊和良品率问题，成本就会大幅上升(如22nm首发的Ivy Bridge和14nm首发的Broadwell)，而新架构(如Tock的haswell和skylake)往往伴随更多的研发投入和更大的芯片规模，使得成本也有一定幅度增长，但这个涨幅是小于工艺切换。但这个成本会随着良品率提升和制程优化,还有晶圆产线成本/研发费用均摊下降，处理器产品的成本也会逐渐走低,并且无论是tick还是tock，都会触及一条无形的成本底线。Kabylake既没有切换制程线宽，也没有变化架构，仅仅是优化，因此成本一直维持在很低水准。而这次Coffee Lake成本曲线估计应该比较类似skylake，由于芯片核心数的增加，这样规模增长幅度会稍大，使得成本再稍高一点，但这增长幅度还是远低于工艺线宽切换的变化。

反观AMD，采用14nm工艺的RYZEN 7核心面积为195mm2，这个面积要比Coffee Lake大上1/3，并且这还是在没有集显的情况下。其实RYZEN 7的情况还不算太糟糕，更大的问题在于中低价位的4/6核心的RYZEN 3/5在核心面积上同8核心的RYZEN 7相同，仅仅是对部分核心和缓存进行了屏蔽，这样虽然可以解决不良率问题，但却使得晶圆成本大幅增加。因此现在的英特尔以小搏大的确没有什么压力。

而后续的Canon Lake和Ice Lake则会采用英特尔首代10nm FF工艺，首代10nm FF工艺虽然在性能上并没提升，但在密度上大大提高了：英特尔10纳米制程的最小栅极间距从70纳米缩小至54纳米，且最小金属间距从52纳米缩小至36纳米。尺寸的缩小使得逻辑晶体管密度可达到每平方毫米1.008亿个晶体管，是之前英特尔14纳米制程的2.7倍。更高的密度对于英特尔而言有两个意义，第一是更小的核心面积，虽然新工艺产线投资巨大，新工艺的单个晶圆成本会上涨，但从长远看切割更多的die会使得成本更低，另外一方面密度的提升，也使得在合理的成本区间可以实现更大的芯片规模，现在坊间有传言，下一代的Ice Lake-S旗舰会有8C16T的规模，考虑英特尔10nm FF这样幅度的密度提升，这也不足为奇了。

以前的Tick-Tock是工艺和架构以隔年为周期交替迭代，但随着晶圆厂升级动辄几十亿甚至上百亿美元基础投资，两年一换并不经济，因此英特尔更多深挖每代线宽工艺的潜能，从14FF/14FF+/14FF++，再到10FF/10FF+/10FF++，都是相同路径，将每代线宽工艺性能牙膏挤到极限，并且又确实可以看到巨大的提升，这就是英特尔挤牙膏的艺术。

因此继续沿用14nm工艺的Coffee Lake依然是英特尔按部就班的挤牙膏，并继续将14nm余量压榨干净，这样的进步仅仅是计划之中，而和AMD RYZEN并无太大干系。