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轻薄本也能玩出新花样 10纳米SuperFin工艺揭秘

前阵子 ， 英特尔为我们带来了代号为Tiger Lake的第11代酷睿低压处理器 。 与前几代酷睿处理器的参数升级相比 ， 第十一代酷睿移动处理器的生产工艺与底层架构均得到了大幅改善 。 下面让我们一起走进十一代酷睿处理器的世界 ， 看看它能为我们带来怎样的惊喜 。
轻薄本也能玩出新花样 10纳米SuperFin工艺揭秘文章插图
CPU:新工艺+新架构
要想知道CPU性能是如何提升的 ， 首先来说明影响CPU性能的几个因素 。 根据CPU性能公式“程序的 CPU 执行时间= 指令数×CPI（执行每条指令所需的时钟周期平均值）/时钟频率（主频）”可以看出,想要使CPU获得更快的速度 ， 必须要从指令数、时钟频率以及CPI入手 ， 下面让我们一起来看看十一代酷睿移动处理器到底有哪些特性？
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首先是CPU的运行频率 ， CPU的运行频率代表着晶体管状态由0到1或由1到0的切换速度 。 所以频率越高 ， CPU的运算速度也就越快 。 所以说 ， 要想从根本上提升CPU频率 ， 首先要做的便是提升0/1的切换频率 。 虽然加压可以加快晶体管的充放电速度 ， 使得CPU获得更高的频率 。 但一味的加压终究不是解决办法 ， 如果CPU的频率提的太高 ， 快到晶体管无法完成一次完整的充放电 ， 那么就无法完成0和1的切换 ， 从而导致死机或蓝屏等问题 。 除此之外 ， 加压还会导致功耗的大幅上升 。 所以目前业界主流做法都是改善工艺+降压 ， 但这也带来了不得不面对的严重问题 。
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由于目前占统治地位的集成电路技术是CMOS（互补型金属氧化半导体） ， 它的主要能耗来源是动态能耗 ， 也就是晶体管状态翻转时消耗的能量 。 动态能耗则取决于每个晶体管的负载电容和工作电压 ， 具体可以用这个公式来表示：能耗∝ 负载电容* 电压^2 。 而每个晶体管需要的功耗就是一个翻转需要的能耗和开关频率的乘积 。
由于功耗是电压平方的函数 ， 所以可以通过降低电压来大幅减少功耗 。 所以每次工艺的更新换代都会伴随着电压的降低 。 但电压继续下降就会使晶体管的泄露电流过大 ， 从而导致无法收拾的状况 。
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需要注意的是 ， 虽然动态能耗是CMOS能耗的主要来源 ， 但静态能耗也是存在的 。 因为晶体管即使在关闭状态下 ， 依然会出现电流泄露的情况 ， 而且增加晶体管的数量也会使漏电功耗变大 。 这也是工艺越先进,漏电就越严重的根本原因之一 。
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说到这里 ， 不得不提的便是全新的“10纳米SuperFin”技术了 。 众所周知 ， 晶体管技术是CPU性能提升的关键因素之一 ， 除了频率的提升之外 ， 更高的集成度也增加了处理器的任务处理速度（类似于单位时间内增加水管可以输送更多水） 。 而SuperFin技术 ， 则是英特尔有史以来 ， 在单节点上最大的性能增强 ， 甚至达到了可以与全节点转换相媲美的程度 。 所谓SuperFin其实就是“英特尔增强型FinFET晶体管与Super MIM电容器”这两种技术的合体 。 其中 ， FinFET晶体管技术可以降低电阻 ， 减少漏电 ， 增加电迁移效率；SuperFin晶体管则可以让晶体管的信号更加清晰 。
简单来说 ， 10纳米SuperFin技术的核心就是在增加晶体管密度 ， 提高频率的情况下 ， 减少漏电 ， 并且让晶体管的信号变得更加清晰 。
结合上文CPU性能提升的原理来看 ， 它可为处理器带来更短的程序执行时间（也就是更快的速度） ， 并减少CMOS的静态能耗 ， 从而达到性能与能效双提升的目的 。


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