Como é que a Apple e o Snapdragon podem fazer uma CPU com 7nm mas a Intel e a Amd estão presas às 10nm e 14nm?

Apple, Qualcomm e AMD são todas empresas sem fabricação: elas não têm capacidade de fabricação. Elas projetam os chips e os fazem ser fabricados por uma fábrica dedicada. Por causa disso, elas estão inteiramente à mercê dessas fábricas de terceiros: se o fabricante não implantar um novo nó, elas também não podem.

Intel, pelo contrário, está verticalmente integrada. Eles projetam os chips E os fabricam. Isto obviamente lhes dá mais controle: A Intel pode ajustar o processo de acordo com as suas necessidades, e corta o homem do meio. Mas ao contrário dos outros, eles não podem realmente mudar de fábrica se encontrarem problemas (o que eles são).

A Apple e a Qualcomm têm historicamente usado o TSMC para fazer suas peças, mas algumas vezes recorreram ao uso da Samsung também. A AMD tem usado a Globalfoundries e a TSMC para seus vários produtos. Entretanto, devido à saída da Globalfoundries da corrida de 7nm, a AMD agora usa o TSMC para seus novos produtos.

Não é realmente verdade que a AMD esteja presa a 14nm: eles já têm produtos de 7nm nas prateleiras das lojas (o AMD Radeon 7) e lançarão CPUs de 7nm no final deste ano.

Mas seu ponto subjacente e implícito está correto: projetistas SoC móveis como a Apple e a Qualcomm têm acesso a novos nós mais cedo do que empresas como a AMD ou a Nvidia têm. Por que isso?

Tamanho, risco e priorização.

Os chips da AMD são bastante grandes: seus chips Ryzen de desktop excedem 200mm² em tamanho de matriz. Compare isso com os chips da Apple e da Qualcomm: eles normalmente medem em menos de 100mm².

Quando um novo processo é introduzido, a taxa de defeitos é invariavelmente alta e os rendimentos são baixos. Os baixos rendimentos afetam de forma desproporcional os grandes chips: os rendimentos diminuem aproximadamente exponencialmente com o tamanho do chip. Se você for neste site (Die Per Wafer Calculator), você pode encontrar taxas de rendimento para um dado conjunto de parâmetros. Vamos comparar 200mm vs 100mm² com uma densidade de defeitos de 0.3 por cm², em uma pastilha de 300mm (padrão industrial no momento).

200mm²:

100mm²:

Como você pode ver, o rendimento de cavacos maiores é muito pior que o de cavacos pequenos, especialmente em um novo processo. Para alcançar rendimentos decentes, empresas como a AMD normalmente esperam até que o processo esteja mais maduro antes de tentar usá-lo. Simplesmente não seria econômico para a AMD pular em cada novo processo assim que ele chegasse ao mercado: muitos de seus chips sairiam não funcionais.

P>Há também outro fator não relacionado à tecnologia, estritamente falando:

Apple e Qualcomm são grandes clientes da TSMC. A AMD não é uma fritada pequena, mas eles simplesmente não se aproximam desses 2 em termos de volume. Como a Apple/Qualcomm é um cliente tão importante para a TSMC, eles recebem um certo conjunto de privilégios.

Antes que um novo processo entre em produção de alto volume (HVM), ele passa primeiro pela produção de risco. Este é basicamente o ditado fabuloso "Ok, achamos que está pronto, mas ainda não fizemos nenhum chip comercial com ele". Grandes empresas como a Apple podem ter acesso ao nó um pouco antes de ele estar totalmente em HVM, a fim de testar projetos ou mais. Essencialmente, eles obtêm acesso pré-lançamento. Dada a forma como a Apple e a Qualcomm (entre outras) se preocupam com o melhor desempenho e potência desses novos nós, essa é uma vantagem definitiva para elas.