显卡工艺不升级 何原因导致GPU工艺不换

    前不久我们在上一篇文章里面谈到了“2014年是GPU竞争最为平淡的一年”，根据上一文章的详细分析。我们不难发现这一年中AMD和NVIDIA几乎并没有发布太多新产品，也没有太多直接竞争冲突。反而安排了很多微妙的市场关系。避开了锋芒竞争，这或许也是2014年竞争平淡的其中一个因素。而今天我们就来谈谈制约GPU发展的另外一个因素，那就是—图形处理器制造工艺。

2014年没有新工艺...2015年还是没有？

    经常关注显卡的DIY发烧友应该会发现，NVIDIA和AMD都是平均2年一代架构逐步更换，所以图形处理器架构自然是他们每一年都要逐渐改进和进步的东西。然而制造工艺也是要跟随者架构一起走，这样才能带来本质的功耗改进和性能提高。俗话说，好的设计图，还需好的工匠代工才可产出优秀成品。如果设计不好，那么自然再好的工匠代工出来也是缺乏价值的，然而，即使是优秀的设计，在很烂的工艺代工之下，也是要受到巨大限制的。

    纵观整个2014年，我们大家似乎并没有看到任何新工艺和新制程，对于时刻关注GPU发展动向的发烧友们早就在贴吧和谈论上咒骂开了天，其原因无外呼是因为NVIDIA和AMD在整个2014年都没有拿出一个新工艺显卡了，而且在几年之前，AMD和NV平均2年就要进步一次工艺。

    然而2014年绝对是个例外，要知道台积电在2012年就进入了28nm工艺水平，到今天已经是2015年年初了，经过了整个一个2014年，我们根本没有看到任何一个20nm工艺的GPU出现，反而听到的是台积电各种跳尝试跳跃到16nm FF工艺的野心，以及苹果公司和高通公司霸占20nm工艺制造SoC处理器的各种消息。最终的结果就是导致2014年全年都没有看到新的GPU工艺，而NVIDIA发布的麦克斯韦架构GM204核心也很悲剧的采用了28nm HPM工艺制造。这不仅仅是让人失望，更是让人非常气愤。这么多年了，台积电难道一点没有进步？或者说NVIDIA和AMD对于新工艺确实不太积极。

从GM200谍照中的芯片面积来看 很可能仍为28nm HPM工艺

台积电官方承认16nm FF工艺延期至明年—2015年GPU工艺遭遇巨大难关

    然而今天已经是2015年年初了，近期自然也是传出了新工艺的传闻。台积电再次曝出噩耗要延期16nm FF工艺产能，反而延期到2016年初。这样的噩耗直接导致整个2015年恐怕都没有新的工艺采用了。而NVIDIA转向采用20nm 台积电代工Tegra X1处理器，而AMD方面则是只能把自家的APU代工交给了台积电，AMD更想要考虑要转移至GlobalFoundries的28nm SHP工艺。不过GlobalFoundries是否可以担任台积电的工作。这个恐怕连AMD和GF自己也不能给出答案。可见2015年恐怕还是28nm的时代。

    而且更要命的是近期NVIDIA还不小心泄露了麦克斯韦架构最终杀器之一的GM200芯片谍照，不过该芯片巨大的体积已经让很多人认为是28nm工艺的制造品了，这样下去恐怕2015年的GPU都和新工艺无缘。而很多游戏玩家和显卡爱好者已经对此非常不满了。为什么手机SoC的工艺连年进步，而GPU却永远是停滞不前？这个问题深深刻在了玩家心中。

    而笔者也非常在乎这个问题的，所以今天的文章中，笔者也正巧带领各位读者一同探讨一下：这个所谓制约GPU制程工艺进步的三大主要因素。让我们一同分析一下吧！

    如果说中央处理器CPU和图形处理器GPU的诞生，是计算机半导体历史上最大的里程碑的话。那么另外一个大家可能不陌生的最新物种—SoC处理器自然也是广为人知的了，SoC芯片是近十年来出现在世界上的全新一代超级微型处理器，针对特殊嵌入式芯片市场。由于其体积规模小，同时集成ARM架构CPU部分和特殊低功耗GPU部分。甚至还可以融合通讯基带以及GPS模块甚至是外置解码器等功能。让SoC处理器成为了移动设备和很多主流民用设备最为流行的芯片之一。

高度集成化方案—SoC成为了移动设备的核心

SoC处理器—制约GPU工艺的最大原因之一

    如果说到GPU市场最大的影响之一，那么不得不提高SoC芯片的来袭让整个CPU和GPU市场所有改变。由于SoC的出现，让智能手机直接具备超强的性能，甚至足以代替了一般上网设备。而SoC的出现也让平板电脑和游戏掌机等触屏游戏娱乐设备成了家喻户晓的必备物品。而SoC的功能还不仅仅是这些，如果你觉得光一个手机和平板电脑搭载SoC就可以引起巨大的出货量的话，那么我们今天的智能电视机，甚至是车载系统以及多种机顶盒和游戏机都可能采用这样的集成化嵌入式方案。可见其流行程度之高，普及范围之大。恐怕是CPU和GPU这样专业级计算机核心硬件所无法媲美的。

    如果谈到对GPU工艺的影响，那么我们就不得不说到SoC处理器所占据的巨大市场比例。正是因为SoC具备如此庞大的市场需求量，让它真正成为了一个主流级产品的必备处理器，而今天光手机芯片中的高通公司和MTK公司都具备庞大的手机芯片出货量，几乎占据全球数亿以上的市场。甚至是苹果工艺一家的SoC处理器就要应用于他们全球每一台iPad和iPhone中，这还不算上华为和小米中兴公司的千万级订单。可见SoC的规模远远不是GPU所能媲美。也正是因为SoC的诞生和发展，其巨大的订单量彻底压垮了原本就不景气的GPU显卡代工。

苹果占据台积电大量产能确实给GPU带来了不少麻烦

苹果公司2014年买断台积电20nm产能—或许直接让20nm GPU彻底消失

    而2014年苹果公司因为采用了20nm工艺代工了数千万订单的A8和A8X处理器两款产品，几乎霸占了台积电大部分产能。而各大论坛和媒体中都流传着苹果公司买断台积电20nm工艺产能的消息。这样的噩耗传出来，缺乏竞争力的GPU自然也就成为了被冷落的目标。毕竟GPU的需求量非常至少，只有显卡才会采用完整的GPU。所以很难去和有亿为单位订单的SoC去比较，何况SoC的代工客户不仅仅是苹果一家。    

    也正是因为如此，苹果公司也被迫背上一个无法丢弃的黑锅，因为硬件爱好者纷纷认为是苹果公司买断了台积电20nm产能从而导致NVIDIA和AMD无法采用20nm工艺来制造GPU，而英特尔公司由于有自家独有晶圆厂，没有受到这样的影响。其他一些SoC大客户也纷纷离开了台积电，看来苹果公司跳进黄河也洗不清了。

SoC真的是限制GPU发展的唯一条件吗？   

    通过上一章我们对于嵌入式方案SoC的介绍，对于流行的SoC芯片成为移动设备主流，逐渐压缩了桌面半导体芯片的产能。这一点苹果和高通等公司确实从产能上面比GPU拥有更大的市场，也就直接导致了芯片代工企业的态度更加偏向于更有利润的市场。因此也有越来越多的人认为是SoC限制住了GPU的工艺进步，而苹果公司很不幸成为了众多硬件发烧友抨击的焦点。

    事实上这样的看法是非常偏激的，而人们把GPU工艺进步缓慢的责任全部推给了SoC芯片公司。但他们却忽略了GPU图形处理器本身的一个致命弱点，那就是：对良品率高的工艺过分依赖。

GPU夸张的晶体管规模和流处理器数量直接导致其良品率低下

残酷的事实：GPU本身对于制造工艺的依赖度远非CPU和SoC所能媲美

    GPU图形处理器最大的弱点，莫过于它们对制造工艺拥有SoC所不能及的良品率依赖度。这个致命弱点导致GPU不能采用传统工艺实现代工。根据NVIDIA CEO在2012年28nm最初工艺的看法，黄仁勋曾经吐槽过台积电最初一批28nm芯片良品率低下导致毛利率大幅度降低，对于GPU芯片唯一的需求产品“显卡”来说，GPU不可能具备SoC在平板电脑和手机设备中那种庞大出货量和客户群体，而GPU和显卡的客户群体主要来自于高性能计算领域和游戏玩家为主要客户。相对之下，GPU和图形显卡所具备的的市场实在太过于渺小了。

    渺小的显卡市场需求度和客户群体将不能支撑巨大利润，所以在今天这个桌面半导体产品逐渐减少市场份额的时代。GPU自身实在缺乏竞争力，不仅客户群体小众。而且对于移动的要求也比SoC高非常之多。而GPU本身对于制造工艺的依赖度无外乎是因为GPU本身就是一个超大规模集成体形态，GPU本身具备的晶体管数量几乎是数十亿级别。而一个GPU内部的架构复杂度甚至要超过大部分精密的集成方案，对于GPU来说，如何把庞大的ALU团簇群集成一个GPC内部，每个ALU团簇中又要集成接近200个流处理器个体。而每个流处理器在GPU并行运算中又可以担任“Core”的存在。GPU处理器中如此复杂的架构形态注定会让GPU成为一个“烫手的山芋”—既没有庞大的客户群体，有对于制造工艺极度依赖。

台积电20nm工艺的良品率根本不足以代替28nm HMP工艺

受制于良品率和利润——如果没有足够的良品率就没有前赚

    GPU对工艺的超高依赖度和良品率需求，这本身就导致了两家GPU图形处理器架构开发公司的毛利率低下。而世界上愿意代工GPU处理器的公司也只有台积电一家能够保证足够的良品率，或许我们应该阐述的残酷事实：那就是地球上有很多公司都可以代工GPU处理器，但只有台积电愿意这么做，或者说只有台积电可以满足客户的良品率需求。即使其他公司愿意去接这样的活，而NVIDIA和AMD也不会牺牲自己的良品率去冒风险。更何况这两家公司的市值都很低，而且空有一身技术却拿不到主流市场。公司净利润也在随着桌面市场的减少而逐年降低。对于NVIDIA和AMD来说，根本不可能去冒风险了。他们没有资本。

最大的误区：GPU需求的不是过分先进的工艺，而是良品率基本保障的成熟工艺

    由此我们可以判断出：GPU本身就是一个难啃的骨头，它的竞争力远不及SoC。所以如果GPU的工艺不进步，也是板上钉钉毋庸置疑的事实。因此GPU本身的弱点也是一个主要原因，因此责任也不能完全归结于制造SoC的公司抢占太多产能。这恐怕就是为什么AMD和NVIDIA都没有马上脱离台积电28nm HPM工艺的原因，或者说台积电20nm的工艺虽然比28nm HPM要强大的多，但它却没有28nm HPM工艺那种高度成熟的良品率。这样直接导致GPU不得不放弃新工艺，而不是台积电拿不出新工艺。

引出根源问题：显卡是市场较为小众  

    通过上面两个章节的分析和思考，我们不难发现：对于GPU工艺不迟迟不进步这一点问题，其中自然也有着SoC这个强有力竞争对手霸占产能，以及GPU本身对于良品率高度需求多重因素。 而这两个主要因素都引出了第三个最重要的事实：那就是GPU图形处理器所搭载的产品——显卡，是一个竞争力非常低下的小众市场。

    通常对于游戏玩家来说，他们往往更加关注显卡，因为显卡是游戏主机的核心硬件。对于DIY资深人士来说，计算机内部一共有三个绝对核心的硬件，其中自然包括主板CPU和显卡。而今天对于游戏玩家来说，真正核心的部分只有显卡。因为显卡才是一个游戏主机的核心，他也是影响主要性能的关键。而且也是更换频率最大的部分。

在DIY盛行的时代—它具备王者地位和最高竞争力

    虽然显卡看起来对于DIY行业来说是一个重中之重，但事实上它仍旧是一个竞争力低下，同时客户群体小众的东西。至少对比竞争对手SoC和CPU来说，独立的GPU芯片实在是缺乏主要市场。它们唯一的市场也就只有桌面和笔记本中的显卡才会用到。这样的销量和客户群体在今天这个移动设备满天飞的时代来说，早就已经不是主流了。

    由此可以看出：独立显卡虽然在DIY游戏主有最为重要的王者位置，但这个优势并不能改变它在今天这个移动设备才是主流的时代中疲惫不堪的惨状。

但对比这些新概念的玩意— 显卡几乎毫无竞争力可言

另一个严重问题：移动设备—当今和未来的主流趋势

    而今天这个移动设备成为主流市场的时代，我们很难看到DIY主机在一般家庭中必备的状况了。至少对比几年之前DIY行业光辉成长的那些年来看，今天的DIY行业已经成为了一个稳定成熟的趋势了。再也没有了当年蓬勃发展的状态了。

    而今天DIY行业为什么会成为这样呢？这无外乎是移动设备代替了我们大部分传统桌面PC主机，而今天的DIY是一个游戏玩家和发烧硬件爱好者的专业群体，而并非广大群众都去参与的。这就意味着客户数量的减少直接导致DIY行业没有了当年的人气，而今天对于大部分没有游戏和娱乐需求的人们来说，移动设备本身价格便宜同时方便易用的特性可以让很多不会使用鼠标键盘的人避开了计算机繁琐的操作，而更多的人喜欢用平板电脑看视频和上网。同时也就避开了必须DIY计算机的时代。这些设备的出现，让我们有了移动办公甚至是随身娱乐的能力，而计算机由于高性能的优势反倒是让它成为了一个专业化的游戏主机。而脱离了“平民化”的概念。

    由此可见：显卡本身低劣的竞争弱势，甚至是整个桌面DIY行业的缩减。直接导致了GPU难以成为时代主力军，所以无论是对比SoC芯片还是对比移动设备的客户群体。GPU都注定不会成为所谓的“大众”

    通过本文全篇内容介绍，笔者通过GPU自身良品率高度需求的挑食特点，又通过SoC所配备的移动产品竞争力强大成为时代主力军的特性。综合分析出了影响GPU图形处理器工艺进步的三大主要原因。正是因为这三个原因，或者说多重方面的因素，直接导致了GPU不到待见，缺乏竞争力，客户群体小，竞争力低下，难以成为代工方看好的产业。所以GPU逐渐沦为了一个类似于“后儿子”和“备胎”的尴尬地位。

    促使GPU工艺难以进步的原因是多方面的—这一问题无法简单解决

    很显然，GPU图形处理器这三个致命问题，既有外来竞争力对手的因素，又有GPU本身设计上自身因素，更有市场和时代发展趋势的多重限制。因此GPU今天的尴尬地位恐怕是难以改变的，即使是开发公司和消费者群体，也是无法撼动这个走势的。因此只能追寻时代发展而前行，或者说用“听天由命”四个字来决定。而这也是NVIDIA和AMD这两个生产桌面完整GPU架构的公司所面临最大的问题。

AMD新CEO并不看好2015年桌面半导体市场

开辟新市场—NVIDIA和AMD不得不面对的新问题

    由于GPU工艺的迟迟不进步以及多方面市场因素制约，AMD和NVIDIA也因此不能把GPU和显卡的市场作为主攻领域。他们纷纷已经拿出了自家开辟新市场的策略，无论是AMD拿出的融合架构APU方案，还是NVIDIA拿出的新SoC方案Tegra。AMD和NVIDIA早就已经做到了最坏的打算，他们早就已经尝试开辟的新的领域了。

20nm APU Carrizo势必会成为AMD的未来

AMD最新战略：20nm桌面APU转攻笔记本市场

    AMD今年的下一代主流APU Carrizo将会只有移动版本，这显然要比Intel做得更绝。而AMD的桌面产品仍旧是Kaveri代替，根据AMD这一的市场战术里判断，主流APU Carrizo是一个针对笔记本APU市场的新主力，而Carrizo很可能采用20nm台积电新工艺制造。

    对于APU来说，它不仅可以同时兼备CPU和GPU所不能及的高度集成化优势。而且APU对于制造工艺的成长性和依赖度都没有GPU那么夸张。更没有GPU良品率那么挑食，因此APU注定是AMD未来的主要发展方向，同时AMD近期很可能仍旧采用28nm工艺制造，这一点也说明了AMD的GPU难以成为拯救公司的杀手锏。

NVIDIA宁可把20nm用来制造Tegra X1也不愿意冒GPU风险

NVIDIA转战安卓市场：Tegra X1垄断高性能王者地位

    2015年对于NVIDIA同样是一个开辟新道路的一年，他们在年初就高调的发布了NVIDIA Tegra X1处理器，这款高性能集成化方案提供了8个ARM V8架构组合，具备四个A57和四个A53核心的特殊方案。更配备了NVIDIA麦克斯韦架构的两组SMM单元的流处理器。不仅同时拿到了移动领域冠军级GPU性能的地位，还充分利用视觉运算技术抢占了汽车工程领域重要地位。

    而NVIDIA的Tegra X1则是一个采用台积电20nm工艺的SoC芯片，对于NVIDIA来说，Tegra X1的市场地位很可能比GeForce还要重要。他们还是选择了让自家的Tegra采用最新工艺，而没有让GPU图形处理器去冒风险。这一点也可以判断NVIDIA对于新市场开辟的决心和态度，不管怎么说，GPU对于良品率的依赖度让NVIDIA在麦克斯韦GM200芯片上不能承担新工艺的风险了。

    上述NVIDIA和AMD的态度或许已经告诉我们，GPU市场虽然是他们两个垄断的成熟市场。但GPU市场不会是未来的主流，只能是它们保守的最后阵地而已。如果要开辟公司的新市场，那么移动领域使它们共同的目标。这也就是为什么它们一起选择了采用新工艺用于APU和SoC方案，而不是把20nm用于良品率低下还利润不高的GPU显卡。