芯片里的单位纳米是什么意思?是否是越小越先进呢?( 二 )


较小的芯片也更便宜 。芯片是在圆形硅晶片上制成的 。一个晶圆通常将包含数十个处理器管芯 。较小的工艺尺寸将产生较小的管芯尺寸 。而且,如果管芯尺寸较小,则可以在单个硅晶片上安装更多管芯 。这导致制造效率的提高,降低了制造成本 。开发新工艺确实需要大量投资,但是在收回成本之后,每个芯片的成本将大大下降 。
较小的工艺规模有何弊端?

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
 
散热 。尺寸较小时,由晶体管产生的热量将具有较小的散热面积,这可能会导致芯片组过热 。
较小的晶体管更难制造 。随着晶体管的缩小,制造以尽可能高的时钟速度运行的芯片变得越来越困难 。一些芯片将无法以最高速度运行,并且这些芯片将被"绑定"或标记为具有较低时钟速度或较小缓存的芯片 。较小的工艺通常会以较低的时钟速度合并更多的芯片,因为制作"完美"的芯片更具挑战性 。制造商小心翼翼地消除尽可能多的问题,但这通常归因于模拟世界不可避免的变化 。
较小的晶体管也具有更大的"泄漏" 。泄漏是晶体管在"关"位置时允许通过多少电流的度量 。这意味着随着泄漏的增加,静态功耗或晶体管空闲时消耗的电量也会增加 。泄漏量更大的芯片即使在不活动时也需要更多的功率,从而更快地消耗电池并降低运行效率 。
较小的过程可能会降低产量,从而导致更少的全功能芯片 。这可能导致生产延迟和短缺 。这使得收回开发新工艺所需的投资更加困难 。这种风险因素是任何新制造工艺的基础,但对于像半导体制造这样精确的工艺而言,风险尤其如此 。
为什么纳米对智能手机如此重要?移动互联网的飞速发展,带动了半导体行业的科技进步 。在芯片制造领域,智能手机芯片的制作工艺和进度,大幅度的领先于传统的PC行业,是极具代表性的产业 。追求更好、更快、更小的芯片是智能手机芯片不断前行的目标,这里就纳米对智能手机的影响展开 。
谈论智能手机之绕不开的话题:纳米?在智能手机的世界中,不断看到终端制造厂商互相竞争,每年都在配备最新的X纳米处理器的同时发布旗舰智能手机 。旗舰产品或任何智能手机必须具备的关键功能是性能、功耗和散热,在此基础上它应具有无滞后,快速且高效的界面,而这些都与"纳米"有关 。智能手机的性能取决于各种因素,例如应用程序优化、RAM大小、操作系统和处理器的优化,而这其中,处理器的性能是重中之重,芯片制程工艺的数值是旗舰机比对的关键性能指标,相当于一个水杯的容量,决定着可以装多少水 。下图统计了近年来Android手机在安兔兔上的跑分,但就芯片比对而言,制程的进步的确带来了性能的飞跃(蓝色:旗舰机,黄色:中端机,红色:低端机) 。
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
 
移动处理器头痛的心脏健康指数——"纳米",工艺节点越小,意味着更高的性能、更低的功耗和更高的集成度,也就意味着单位生产力更高,智能手机的心脏——芯片更强 。
为什么晶体管之间的距离,纳米很重要?智能手机是便携式设备,这意味着它的空间有限,只能有限地容纳其硬件部件 。所以不能使用标准的计算机和笔记本电脑处理器,因为它们的尺寸很大,这意味着需要更好的散热系统,这只会有一个结果——"空间不足!" 。因此,许多公司已经开发了非常小的间距晶体管,以适合纳米面积的小型处理器,从而使其与智能手机兼容 。移动处理器中的是处理器内部晶体管之间的最短距离 。高通、三星、联发科、华为和苹果是为智能手机开发"纳米"移动处理器的领先公司 。近年来,移动处理器中的"纳米"计数一直在从12纳米减少到10纳米再到7纳米(高通骁龙865、华为麒麟990) 。纳米制造工艺术语定义了处理器的尺寸 。使用20nm晶体管,可以将大约2500亿个晶体管安装在指甲大小左右的硅晶片上 。比如说有一个盒子可以容纳100个大小为10cm的橡皮擦,每个橡皮擦之间相距1cm 。如果减少橡皮擦之间的长度,我们可以容纳更多的橡皮擦吧?在移动处理器中的纳米后面使用类似的逻辑 。同样,如果减小处理器中晶体管之间的距离,则可以安装更多的晶体管 。更多的晶体管紧密堆叠在一起,这意味着在减少处理的同时电子的传播路径 。这意味着更快的处理能力,更少的热量产生和低功耗 。因此,移动处理器中的纳米越小,效率和功能就越强大 。


推荐阅读