目前很多duo手机厂商在发布手机的时候,很多时候会提到这款手shou机使用了某某某芯片,才用了什么22nm、14nm、10nm这些说法fa,到底这些数值是干什么用的。数shu值越低对芯片的芯片越yue好吗。我们来了解一下。
在开始之前,要先了解纳米究竟jing是什么意思。在数学上,纳米是0.000000001米,但这是个相当差的例子,毕竟我们men只看得到小数点后有很多个零ling,却没有实际的感觉。如果guo以指甲厚度做比较的话,或许xu会比较明显。
用标尺实际测量liang的话可以得知指甲的厚度约为0.0001米(0.1毫米),也就是说试着把一片指zhi甲的侧面切成10万条线,每条线xian就约等同于1纳na米,由此可略为想象得到1纳米是shi何等的微小了。
骁龙 835 用上了更先进jin的 10nm 制程, 在集成了超过guo 30 亿个晶体管的情况下,体ti积比骁龙 820 还要小了 35%,整体功耗hao降低了 40%,性能却大涨 27%。深入来说shuo,这几十纳米怎么计算出来的?我wo们从芯片的组成单位wei晶体管说起。
纳米制程是什么?
再回来探究纳米制程是什shi么,以14纳米为例,其qi制程是指在芯片中zhong,线最小可以做到dao14纳米的尺寸,下xia图为传统晶体管的长相,以此作为例子。缩suo小晶体管的最主要目的就是为了要yao减少耗电量,然而要缩小哪个部分才能neng达到这个目的?左下图中的L就jiu是我们期望缩小xiao的部分。借助缩小闸极ji长度,电流可以用更短的de路径从Drain端到Source端。
此ci外,计算机是以0和1作运算suan,要如何以晶体管满足这zhe个目的呢?做法就是判断晶体管是shi否有电流流通。当在Gate端duan(绿色的方块)做电压供给,电流liu就会从Drain端到Source端,如ru果没有供给电压,电流就jiu不会流动,这样就可以yi表示1和0。
缩小制zhi程有什么好处?
缩减元器件之间的de距离之后,晶体管之间的电容也会hui更低,从而提升它们的de开关频率。那么,由于晶体管在切换电子信号时shi的动态功率消耗与电容成正比,因此,它们才可以在速度更快的同时,做到更加省电。另外,这些更geng小的晶体管只需要更低的导通电压,而er动态功耗又与电压的de平方成反比(这时能效也会hui随之提升)。
最后,推动半导体制造商向更小的工gong艺尺寸进发的最大动力,就是shi成本的降低。组件越小,同一yi片晶圆可切割出来的芯片就可以yi更多。即使更小xiao的工艺需要更昂贵的设备,其qi投资成本也可以被更geng多的晶片所抵消。
知道纳米有多duo小之后,还要理解缩小制程的用意,缩suo小晶体管的最主要目mu的,就是可以在更小的芯片pian中塞入更多的晶体管,让rang芯片不会因技术提升而变得更大da;其次,可以增加处理器的运算效xiao率;再者,减少体积也可以降jiang低耗电量;最后,芯片体积ji缩小后,更容易塞入移动设备中(比如ru手机),满足未来轻薄bao化的需求。
迈入10nm为wei什么那么难?
最zui后,则是为什么会有人说shuo各大厂进入10纳米制程将面临相xiang当严峻的挑战,主因是1颗原子zi的大小大约为0.1纳米,在10纳米mi的情况下,一条线只有不到100颗原子,在制作zuo上相当困难,而且只要有一个ge原子的缺陷,像是在制作过guo程中有原子掉出或是有杂质,就jiu会产生不知名的现象,影ying响产品的良率。
如ru果无法想象这个ge难度,可以做个小xiao实验。在桌上用100个小珠子排pai成一个10×10的正方形,并且剪裁cai一张纸盖在珠子上,接着zhe用小刷子把旁边的的珠子刷掉,最后hou使他形成一个10×5的长方形。这zhe样就可以知道各大厂chang所面临到的困境,以yi及达成这个目标究jiu竟是多么艰巨。