i3和i7本是孪生兄弟,价格悬殊原因何在?真相竟和钻石一个道理

2019-12-28 23:00:00 26点赞 57收藏 19评论

创作立场声明:Tony的PC日常

钻石越大越贵,CPU“亦是”如此

“钻石恒久远,一颗永流传”

尺寸越大的钻石,其价格往往呈指数级攀升。1克拉的高净度优质钻石的价格一般超过5000美元,而同品质的2克拉的钻石,可就不是翻倍到1万美元这么简单了。


i3和i7本是孪生兄弟,价格悬殊原因何在?真相竟和钻石一个道理

和大号(克拉数)的高净度钻石一样,“完美无瑕”的“大尺寸”Die(核心),就成了制造高等级CPU的首要筛选条件。具体甄选方式是怎样的呢?我们一起往下看:

不论你是奔腾还是i7,都可能生于同一张晶圆

和钻石一样,不论是奔腾双核、i3四核还是i9的八核心,他们本质上都是同一张晶圆(同碳晶矿脉)上的“孪生兄弟”(下图):



一张用于制造CPU的晶圆上,会被切割出多个Die核心一张用于制造CPU的晶圆上,会被切割出多个Die核心

和制造相机镜头的玻璃一样,最优质的成像部分往往在晶片中间,而镜片边缘成像较差。晶圆亦是如此,一张完整的晶圆在制造过程中总会出现各种各样的“瑕疵”(下图):



上面这张晶圆中,小方块就是CPU核心的Die部分,色彩不同,代表不同的瑕疵、缺陷的程度。上面这张晶圆中,小方块就是CPU核心的Die部分,色彩不同,代表不同的瑕疵、缺陷的程度。

以上图举例说明,一张晶圆切割出的Die部分分为蓝色、兰色、绿色、黄色、红色以及白色区域。这些颜色分别代指不同程度的核心瑕疵情况,我们以此举例如下(粗例仅供参考,较真儿勿扰):

  • 蓝色:完美核心——用于制造i9、i7高等级CPU;

  • 兰色:优质核心——用于制造i7低等级、i5高等级CPU;

  • 绿色:优质核心——用于制造i5、i3高等级CPU;

  • 黄色:次级核心——用于制造i3、奔腾高等级CPU;

  • 白色:低级核心——用于制造奔腾、ATOM类CPU;

  • 红色:损坏核心——废弃。

看到这里,读者们应该明白,代表同架构、同制程、同代的CPU产品,本质上都是生于同一张晶圆的孪生兄弟们。而每一个核心,因他们体质不同、瑕疵缺陷部分不同,会被分为不同的等级(如i9、i7、i5等等),如下图:



Haswell、Skylake时代,一颗完整的优质Die,可以用于制造一颗i7四核心处理器Haswell、Skylake时代,一颗完整的优质Die,可以用于制造一颗i7四核心处理器

如果这颗核心被检测有两颗核心存在缺陷,那么就会被降级为i3双核处理器如果这颗核心被检测有两颗核心存在缺陷,那么就会被降级为i3双核处理器

Coffee Lake时代,在晶圆封装之前的检测阶段,i9或i3就被辨识出来了。Coffee Lake时代,在晶圆封装之前的检测阶段,i9或i3就被辨识出来了。

  • 扎堆的一簇优质核心,可以被用来制作8核心i9处理器;

  • 若上面这款Die存在瑕疵,则降级为8核心i7处理器(无超线程);

  • 若上面这款Die凑不齐8核心,则屏蔽两核制作6核心的i5处理器;

  • 如果瑕疵更多,就屏蔽掉更多的核心,制作4核i3、双核奔腾处理器;

  • 核显有缺陷的,制作成F版无核显CPU;

  • 所有体质上佳的核心,制作成不锁倍频、价格更高的K版CPU。

换句话说,同一代架构CPU产品的IPC性能是完全一致的(不论奔腾还是i9),原因就是如此,因为它们本身的每个核心都是完全一摸一样的。

那么,不同等级的i3、i5、i7又是如何划分?

结束上一步骤的检测之后,我们从一张晶圆中大概获得能制作了3~400颗CPU的核心。但具体到每一个具体型号(如i5中谁是i5-9600K、谁是i5-9400F),就需要进行下一步操作——binning分类:



封装后的CPU置入专业设备中,进行各项严苛测试借以分级封装后的CPU置入专业设备中,进行各项严苛测试借以分级

基本的binning筛验分类:

  • 工作电压

  • 时钟频率

  • 散热表现

  • 性能输出(稳定度、可靠度)

  • Cache缓存等等

实际binning阶段的筛选流程远比上述几点复杂得多,但经过上述筛选之后,我们就可以对确定大型号(到底是i9还是i5)的CPU,进行规格确认、打标装箱了。因此,同级i3里面高级的i3-9350K和最低档的i3-9100F之间的差距,也就是在这一阶段确认下来的。



i3和i7本是孪生兄弟,价格悬殊原因何在?真相竟和钻石一个道理

i3=瑕疵品?i3用户会不会太吃亏了

当然不是,你们赚了。

按照前文所述,同一张晶圆切割封装出来的这几百颗CPU,从原材料成本来说是完全一样的。换句话说,买i9处理器的人,拆出核心看起来和i3的基本没有什么本质差别,只不过i3的坏核心被屏蔽掉了而已。


i3和i7本是孪生兄弟,价格悬殊原因何在?真相竟和钻石一个道理

然而,就是因为有这么三六九等的“分级”,才让普通老百姓能够花¥4~500块钱,买到和i9同IPC性能的廉价处理器。毕竟,对于CPU厂商来说,如果不按照这种瑕疵屏蔽筛选法制造各种规格、型号的处理器,那么一张晶圆的浪费就太严重了,最终带来的结果就是:产量奇低、价格突破天际。



厂商将不同瑕疵等级的核心,用于制作不同价位的CPU,才是符合不同消费阶层用户的最优化方案。厂商将不同瑕疵等级的核心,用于制作不同价位的CPU,才是符合不同消费阶层用户的最优化方案。

总结

看过本文之后,大家应该明白为何Intel的14nm产能总会各种不足、不足、严重不足了。

晶圆面积就这么大,而14nm制程在民用市场上,最初(2015~2017年)只要满足高至4核心i7处理器的生产就可以了的。但后来由于AMD Ryzen处理器带来的压力,同一张14nm晶圆需要生产8核心的i7处理器,价格还基本一致,而以往i3从双核变4核,i5则需要从8核的i7、i9中筛选,无形之中,一张14nm晶圆的产能直接减少了50%。



7代酷睿时期,一张晶圆如果能切出400颗处理器,那么9代就只能切出200来颗了7代酷睿时期,一张晶圆如果能切出400颗处理器,那么9代就只能切出200来颗了

这就意味着,想要满足产品结构上的供需关系,Intel至少要提升较以往翻倍的生产线才能应付市场需求。然而,在10nm箭在弦上、7nm研发在即的阶段,短时间内加码14nm生产线无疑是“为落后产能花钱”的赔本买卖。


7代酷睿时期,一张晶圆如果能切出400颗处理器,那么9代就只能切出200来颗了7代酷睿时期,一张晶圆如果能切出400颗处理器,那么9代就只能切出200来颗了

因此,14nm+++的战略思想,成为Intel当前不得不抓的最后稻草(注*14nm+++不能解决一张晶圆生生产更多核心的问题,只能降低每Die的瑕疵缺陷程度、提高成品率)。因此,我们可以看到2020年的Comet Lake系列桌面CPU又获得了新的增益——全系i级酷睿处理器都搭载了超线程技术,并且TDP水平和时钟频率又有了一定提升,这也是面对7nm EUV的Zen3代锐龙之最后搏命一击了。



i3和i7本是孪生兄弟,价格悬殊原因何在?真相竟和钻石一个道理

结合本文的简单介绍,大家都应该明白,只有未来的10nm和7nm完成产能爬坡之后,Intel处理器才有望彻底摆脱产能不足的问题,在那之前,产能不足的问题将持续陪伴在Intel左右,像复产2013年的古董级22nm Haswell处理器的这种奇葩操作,也就见惯不怪了。


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