AMD首席技術官談7nm晶元設計：史上最難

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AMD公司首席技術官表示，AMD是眾多晶元設計廠商中比較早獲得7nm工藝技術之一的公司。同時，他亦呼籲提供晶圓級扇出型封裝速度，並在EDA軟體中實現更為廣泛地使用并行性。

Papermaster曾在IBM公司工作26年，並分別在思科與蘋果公司的晶元管理小組擁有短暫的工作經歷。在此之後，他在AMD公司度過了6年時光。

在接受採訪時，Mark Papermaster表示為了能夠加速完成7納米製程升級，「我們不得不在代工廠與設計團隊中投入雙倍的努力……據我所知，因為需要使用新CAD工具及多項設計改變。這是幾代產品中最難完成的提升，」甚至可能需要從銅線互連層面進行重新設計。

他同時補充稱，該款7納米節點需要新的「CAD工具並改變設備構建乃至晶體管連接的方式——簡而言之，要完成7納米晶元堆棧，需要對實現方案與工具以及過程中所需的全部IT支持作出調整。」

AMD公司的Zen 2與Zen 3 x86處理器將採用7納米工藝進行製造。Papermaster 表示，「這是一個長節點，相當於28納米……這一長節點的存在能夠讓設計團隊專註於微架構與系統解決方案」，而不是為下一製程重新設計標準模塊。

AMD目前正在銷售的CPU與GPU產品正是該公司將雙圖樣光刻技術與FinFET晶體管相結合以實現的14/16納米節點的首批設計成果之一。

Papermaster表示，由於這項工作， 「我們不得不加深與代工廠以及EDA行業的合作關係。在7納米晶元堆棧的實現過程中，AMD公司必須與代工廠以及EDA行業建立起更進一步的合作關係——這主要是因為我們在某些關鍵層中採用四重圖樣光刻技術，所以需要與設計團隊進行更為全面溝通。」

Papermaster預計，代工廠將在2019年開始採用極紫外(簡稱EUV)光刻技術，以此減少對四重圖樣光刻技術的需求。與此同時，Papermaster 表示EUV「可能會大幅度降低晶元總面積，從而降低成本並縮短新型方案的設計周期時間。」

Papermaster進一步補充稱，「各家代工廠將以不同速度引進EUV……當然，我期望他們能夠儘快完成EUV的引入。」

截至目前，AMD公司仍在配合其前晶圓代工部門Globalfoundries以生產各類x86 CPU與AMD圖形處理器內必需的TSMC。「各家公司都在積極研發7納米晶元堆棧，這在行業里亦產生了積極的導向。另外，各廠商在此領域中與英特爾之間的差距已有所縮小——意味著業內人士曾預測的這一不可思議的轉折點已經逐步變成現實。」

目前，AMD與其競爭對手英偉達公司推出的高端圖形處理器已經開始為大部分客戶提供2.5-D晶元組。此項技術能夠利用高速晶元插入器實現處理器與存儲器堆棧的直接對接，但成本仍然相當高昂。

與此同時，蘋果及其它廠商則開始將移動應用處理器同晶圓級扇出封裝內存儲器進行合併。Papermaster預計，所謂2.1-D技術目前還無法適應更為強大的桌面與伺服器處理器場景，但有望在未來兩到三年之內提供具備可行性的版本。

他指出，「這裡我們呼籲整個業界通過積極開發進一步降低晶圓級扇出型及其它類似技術的實現成本。雖然目前已經存在理想的演示方案，但其應用範圍還不夠普遍，數量水平也不夠理想，我們還未能實現與預期相符的成本水平。」

Amkor、Shinko Eletric以及其它專業封裝企業與代工廠皆已經擁有採用2.1-D技術的具體方案。英特爾公司目前正在利用所謂EMIB專有技術實現伺服器處理器與FPGA之間的對接。與此同時，各大ASIC製造商也在加緊利用2.5D堆棧以提升產能並降低相關成本。

他解釋稱，此項技術正是「后摩爾定律時代的關鍵，我們需要在每個節點上實現新的密度優勢，同時通過提升節點成熟度的方式實現成本優勢。然而掩模成本仍在不斷上漲，但晶元主頻卻無法進一步提升，因此我們如何將各類解決方案加以結合以維持發展節奏已經成為決定最終結果的核心所在。」

在軟體方面，「我呼籲EDA社區加緊行動以充分利用更多CPU計算核心與其併發性優勢……隨著對7納米製程工藝需求的不斷升級……行業內需要對演算法進行優化以切實匹配我們交付的晶元成果」，他強調稱。同時值得一提的是，AMD公司的新型Epyc處理器將擁有32個雙線程計算核心。

「掩模數據後期處理具有高度併發性，而我已經在這一領域看到良好的發展態勢。希望這種趨勢能夠更為廣泛地出現在物理設計領域，而我們也已經為此類驗證工作投入了大量資源，」Papermaster表示。與此同時，AMD公司也在「通過模擬方式加速相關驗證工作的推進，同時嘗試利用軟體與硬體進行協同驗證。」

而這正是AMD公司面對英特爾與英偉達兩大競爭對手揮出的重拳之一。

他指出，「從自身思考方式出發，我們不能單純讓成百上千位設計師處理同一個難題，因此我們通過提升設計模塊化水平以復用客戶CPU、GPU以及半定製化晶元上的電路……我們一直在為此努力，希望能夠克服由FinFET引入以及相關驗證所帶來的複雜性挑戰。」

他最後總結稱，「AMD研發團隊一直以深厚的人才儲備而聞名。我們也抱有同樣的目標，即必須合力構建起偉大的產品——在這一點上，沒有任何商量的餘地。」

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