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详解“工艺制程”:为何20nm芯片更强大
发布时间:2014-12-01
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详解“工艺制程”:为何20nm芯片更强大
发布时间:2014-12-01
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当推出新款处理器的时候,制造商们总喜欢讲述“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”等概念。不过,很多人或许难以理解,为何在做得更小、功耗更低的同时,其性能反而还可以更加强大呢?有鉴于此,外媒PhoneArena特地撰写了一篇文章,为我们解释与“制程”相关的的一些问题。

首先,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。

不过它们与被你扔进垃圾堆的大块头所采用的常规元器件很是不同,因为它们的尺寸已经小得肉眼难以看清,而规模更是可以让你感到震惊。

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。如果觉得“十亿分之一米”的概念不好记,那你也可以用“纳米”(nanometers)来描述它。

最后,间距越小,可以排布在芯片上的元器件就可以更多。

其次,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。

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,达到更加省电。

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(能效又提升)。

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。

最后一点,为何制程工艺的飞跃几乎都是每2年一次?

有利也有弊,在制程更小更省电的同时,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。

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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