20nm、28nm:手機晶片工藝尺寸意味著什麼
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每當有新的處理器發布時,製造商都要站出來強調,他們的設備搭載的是更小納米製程工藝晶片,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,以及它們對你智慧型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製程工藝概念吧。
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,比如電晶體、電阻器和電容器。
這些都是我們很難用肉眼看到東西,它們只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,我們在晶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,以此獲得更高效的晶片。
縮小微處理器電子元件距離將導致不同電晶體終端電流容量降低,這樣就會提升他們的交換頻率。
每個電晶體在切換電子信號時,其所消耗的動態功耗直接與電流容量相關,這樣電晶體就變得運行速度快、且能耗小。
是的,這樣肯定會變得更好。
這些小型電晶體需要低壓來打開,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電晶體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,儘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、有效的電晶體容易漏電流的原因。
電壓在四方形中偶爾會發生泄漏,這就導致即便是晶片什麼也沒做,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,應用在台式和筆記本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年開發出了只有單原子大小的電晶體,因此我們可以大膽地說,晶片製造商未來肯定能夠尋找到繼續開發更優秀的產品方法。
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