正在阅读:为何14nm芯片更强?科普浅谈“制程工艺”为何14nm芯片更强?科普浅谈“制程工艺”

2014-11-28 11:05 出处:其他 作者:PhoneArena 责任编辑:shengyongzhen

  【PConline 资讯】制造商们总喜欢用“更小的纳米制程工艺”、“更强大的性能”、以及“更优异的能效表现”等来描述自家的新处理器。可能,至今仍旧有不少人对CPU的“制程工艺”一知半解,为什么越小越好?为什么越做越小,功耗越低的产品性能反而会更强呢?本期干货铺,我们就来科普一下关于“制程工艺”的那些问题。

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  什么是纳米?

  从本质上来说,一颗微处理器就是由采用不同材料制成的许多“层”堆叠起来的电路,里面包含了晶体管、电阻器、以及电容器等微小元件。不过它们与其他常规元器件不同,因为它们的尺寸已经小得拿肉眼很难看清楚,规模更是让人难以想象。

  在这些由元器件组成的“大军方阵”中,组件间的距离通常用毫微米进行衡量。如果你觉得“十亿分之一米”的概念不好记,就可以用“纳米”(nanometers)来描述它。

  最后还有一点很好理解:间距越小,可以排布在芯片上的元器件就可以更多。

2

  为什么制程更小更节能?

  答案是:缩减元器件之间的距离之后,晶体管之间的电容也会更低,从而提升它们的开关频率。

  那么,由于晶体管在切换电子信号时的动态功率消耗与电容成正比,因此,它们才可以在速度更快的同时,做到更加省电。

  另外,这些更小的晶体管只需要更低的导通电压,而动态功耗又与电压的平方成反比(这时能效也会随之提升)。

  最后,推动半导体制造商向更小的工艺尺寸进发的最大动力,就是成本的降低。组件越小,同一片晶圆可切割出来的芯片就可以更多。即使更小的工艺需要更昂贵的设备,其投资成本也可以被更多的晶片所抵消。

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intel“钟摆”

  为何制程工艺的飞跃几乎都是每2年一次?

  有利也有弊,在制程更小更节能的同时,晶体管的电流也更易泄露——即使其处于“关闭”状态。如此一来,又会导致芯片“更费电”。

  在理想世界中,这些元器件方阵会是完全稳定的。而随着电子设备变得越来越小,波动、渐变和扩散都会对其造成很大的影响。

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14nm、8nm呢?能买到再说吧

  那么,如何在“制程”与“稳定”之间达成平衡呢?上方的表格就列明了当前市面上可以达到的移动芯片的“极限”。

  当然,制造商们对于“极限”的追求是永无止境的。或许在不远的将来,我们就能迎来量产版的“单原子大小”工艺制程的芯片了。

 
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