芯片里的单位纳米是什么意思?是否是越小越先进呢?

纳米是长度单位!芯片里的单位纳米,代表芯片(处理器、半导体)制造工艺的不同工艺阶段,根据国际半导体技术蓝图(ITRS)【2017年后不再更新,继任者是被国际设备和系统路线图(IRDS)】,对半导体制程过程节点的定义如下:

芯片里的单位纳米是什么意思?是否是越小越先进呢?

文章插图
 
芯片的技术节点(工艺节点、节点等)指一个特定的半导体制造工艺和其设计规则,不同的节点通常意味着不同的电路设计和架构 。通常,技术节点越小意味着特征尺寸越小,从而生产出更小且速度更快且功率效率更高的晶体管 。从这个意义上讲,越小的技术节点(纳米数小),代表着生产难度更大,所需要的工艺水平越高,自然,技术也就越先进 。
芯片中的纳米意味着什么?纳米是什么米?纳米是用于测量长度的测量单位 。1纳米等于一米的十亿分之一,因此,纳米绝对不是用来测量长距离的 。相反,它们用于测量极小的物体,例如现代CPU中的原子结构或晶体管,单个纳米比毫米小一百万倍 。所以,纳米非常小 。
芯片中晶体管是什么结构?任何芯片、IC、处理器、内存或GPU都是由大量晶体管的集成制成的 。由于此类芯片是在内部集成了大量晶体管制成的,通常将其称为IC(集成电路) 。并且根据制造这种芯片组的集成晶体管的数量,将它们分为SSI(小规模集成),LSI(大规模集成)或VLSI(超大规模集成) 。晶体管由于集成电路(例如计算机处理器)包含微观组件,因此纳米对于测量其尺寸非常有用 。实际上,纳米定义了不同的处理器时代,代表处理器(芯片)制造工艺的不同工艺阶段,这基本上是一种工艺技术,其中包括所涉及的制造工艺(如光刻)和物理参数(如尺寸和厚度)等,其中数字定义了晶体管与CPU中其他组件之间的距离 。
芯片里的单位纳米是什么意思?是否是越小越先进呢?

文章插图
 
晶体管实质上由漏极(Drain),源极(Source)和栅极(Gate)组成 。在源极和漏极之间有一条使电子(从而电流)流动的路径,称为通道 。Gate负责控制通道的宽度 。通道越宽,电子在通道中流动的速度越慢,反之亦然 。处理器中提到的纳米技术是通道之间平均距离的度量 。晶体管越小,源极与漏极之间的距离越小,形成栅极下方的导电沟道所需的电子或空穴的数量就越少 。需要较小的输入电压以产生较少的功耗,栅极的最小宽度就是工艺制程中的X纳米 。
处理器架构——纳米技术:任何芯片,无论是处理器,内存还是GPU,都是通过集成大量晶体管制成的 。晶体管只是电子信号的开关,具有两种状态(ON/OFF) 。纳米架构是晶体管的大小 。尺寸越小,可将更多晶体管嵌入到处理器芯片中,从而增加其计算量 。45nm,32nm,28nm,14nm,10nm和7nm基本上是采用新制造技术的晶体管的缩放比例 。芯片的长度越短,电流(或信息)可以流过的速度就越快 。同样,较短的芯片消耗的电压更少 。
为什么纳米小一点好?【芯片里的单位纳米是什么意思?是否是越小越先进呢?】过程节点的大小(以纳米为单位)描述了芯片最小可能元素的大小 。可以这样想象:如果芯片的设计是数字图像,则一个"像素"的大小将是处理大小 。制程越小,可获得的分辨率越高 。制造商可以使晶体管和其他组件更小 。这意味着更多的晶体管可以塞满较小的物理空间 。
芯片里的单位纳米是什么意思?是否是越小越先进呢?

文章插图
 
在给定的空间中可以容纳的晶体管越多,处理能力就越大 。芯片组上使用的每个晶体管都将具有较小的尺寸 。因此,可以在芯片组内部封装更多数量的晶体管,这些晶体管的尺寸与以较大纳米距离制造的芯片组的尺寸相同 。如果平均缩小晶体管的所有部分,则该晶体管的电性能不会改变 。
在小型芯片组中制造大量晶体管的设施可提供更多功能 。
较小的晶体管速度更快,这使它们可以以更高的时钟速率工作 。这样可以提高性能 。这是由于计算并行性和缓存大小的增加 。因此,如果希望加快芯片速度或添加新功能,则最好的办法是缩小其晶体管的尺寸 。
较小的工艺也具有较低的电容,从而允许晶体管以更少的能量更快地打开和关闭 。晶体管可以打开和关闭的速度越快,它的工作速度就越快 。以更少的能量导通和截止的晶体管效率更高,从而降低了处理器所需的工作功率或"动态功耗" 。动态功耗较低的芯片将使电池耗电更慢,运行成本更低并且更加生态友好 。


推荐阅读