處理器制程工藝尺寸對設備意味著什麼？ [複製鏈接]

nightmare1984

Teenager I

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電梯直達

樓主

發表於 2014-11-27 04:09:23 |只看該作者 |倒序瀏覽

每當有新的處理器發佈時，制造商都要站出來強調，他們的設備搭載的是更小納米制程工藝芯片，因此他們最新設備相比前一代更強大、更節能。
不過，這種說法有些“反直覺”：處理器確實變小了，但是它們卻變得更強大，難道能耗還能降低？我們可能習慣性認為，尺寸更大，意味著更強勁，更強勁自然就需要更多的能耗。這種想法是否準確呢？你可能還不知道不同納米工藝具體意味著什麼，以及它們對你智能手機運行遊戲或者電池續航時間有何影響。
為了弄清楚這些問題，首先，就讓我們解釋一下處理器制程工藝概念吧。
納米是什麼？從本質上講，一款微處理器也就是由不同材質組成的幾個疊層構成。將它們以一種特殊的方式堆積在一起就生成了電子元件，比如晶體管、電阻器和電容器。這些都是我們很難用肉眼看到東西，它們隻有在顯微鏡下才能觀察出來。這些微型電子元件躺在方形網格中充當著打開、關閉按鈕。電子元件之間的距離就是用納米來計算。我們都知道，一納米等於十億分之一米。電子元件彼此之間的距離越小，我們在芯片中放置的東西就越多。
目前有很多種縮減電子元件距離的方法，以此獲得更高效的芯片。縮小微處理器電子元件距離將導致不同晶體管終端電流容量降低，這樣就會提升他們的交換頻率。每個晶體管在切換電子信號時，其所消耗的動態功耗直接與電流容量相關，這樣晶體管就變得運行速度快、且能耗小。
是的，這樣肯定會變得更好。這些小型晶體管需要低壓來打開，因此它們也就需要低壓來驅動。動態功耗損失跟電壓的平方成正比。當你降低了驅動通過晶體管電流所需要的電壓時，你最終也就降低功耗。
最後要說的是，半導體生產商偏愛更小工藝尺寸處理器的另一個因素就是成本。電子元件越小，你在晶片所放置的元件就越多。不過，盡管更小工藝尺寸需要更多昂貴設備，但這些投資成本會被每個晶片成本所沖銷。

為何縮小處理器工藝尺寸平均要花2年時間？這其中自然包括對各個方面的平衡。這也是為什麼上文提及的小型、強勁、有效的晶體管容易漏電流的原因。電壓在四方形中偶爾會發生泄漏，這就導致即便是芯片什麼也沒做，也會發生功耗。在一個理想的狀態下，在隔層網格中所有元件保持穩定狀態，但是，如果電子元件體積太小，電流將變得更不穩定。
電子元件的極限尺寸是多少？目前比較流行、且功能強勁的移動處理器都是在20納米-28納米之間，但仍處在開發狀態下的最小處理器工藝尺寸為14納米，它是由英特爾公司打造，應用在臺式和筆記本CPU中。這家公司的目標是在2020年開發出5納米工藝的處理器。行業專業人士預期在2028年將出現1納米工藝處理器。
從某種程度上講，這將打破我們目前所使用的處理器生產技術限制，行業參與者將不得不考慮使用其他開發途徑和原料。鑒於我們已經在2012年開發出了隻有單原子大小的晶體管，因此我們可以大膽地說，芯片制造商未來肯定能夠尋找到繼續開發更優秀的產品方法。