詳解處理器工藝制程：為何20nm芯片更強(qiáng)大

　　推出新款處理器的時(shí)候，制造商們總喜歡講述“更小的納米制程工藝”、“更強(qiáng)大的性能”、以及“更優(yōu)異的能效表現(xiàn)”等概念。不過，很多人或許難以理解，為何在做得更小、功耗更低的同時(shí)，其性能反而還可以更加強(qiáng)大呢？有鑒于此，外媒PhoneArena特地撰寫了一篇文章，為我們解釋與“制程”相關(guān)的的一些問題。

　　首先，什么是納米？

　　從本質(zhì)上來說，一顆微處理器就是由采用不同材料制成的許多“層”堆疊起來的電路，里面包含了晶體管、電阻器、以及電容器等微小元件。

　　不過它們與被你扔進(jìn)垃圾堆的大塊頭所采用的常規(guī)元器件很是不同，因?yàn)樗鼈兊某叽缫呀?jīng)小得肉眼難以看清，而規(guī)模更是可以讓你感到震驚。

　　在這些由元器件組成的“大軍方陣”中，組件間的距離通常用毫微米進(jìn)行衡量。如果覺得“十億分之一米”的概念不好記，那你也可以用“納米”（nanometers）來描述它。

　　最后，間距越小，可以排布在芯片上的元器件就可以更多。

　　其次，為什么制程更小更節(jié)能？

　　答案是：縮減元器件之間的距離之后，晶體管之間的電容也會(huì)更低，從而提升它們的開關(guān)頻率。

　　由于晶體管在切換電子信號(hào)時(shí)的動(dòng)態(tài)功率消耗與電容成正比，因此它們才可以在速度更快的同時(shí)，達(dá)到更加省電。

　　另外，這些更小的晶體管只需要更低的導(dǎo)通電壓，而動(dòng)態(tài)功耗又與電壓的平方成反比（能效又提升）。

　　最后，推動(dòng)半導(dǎo)體制造商向更小的工藝尺寸進(jìn)發(fā)的最大動(dòng)力，就是成本的降低。組件越小，同一片晶圓可切割出來的芯片就可以更多。

　　即使更小的工藝需要更昂貴的設(shè)備，其投資成本也可以被更多的晶片所抵消。

　　最后一點(diǎn)，為何制程工藝的飛躍幾乎都是每2年一次？

　　有利也有弊，在制程更小更省電的同時(shí)，晶體管的電流也更易泄露——即使其處于“關(guān)閉”狀態(tài)。如此一來，又會(huì)導(dǎo)致芯片“更費(fèi)電”。

　　在理想世界中，這些元器件方陣會(huì)是完全穩(wěn)定的。而隨著電子設(shè)備變得越來越小，波動(dòng)、漸變和擴(kuò)散都會(huì)對其造成很大的影響。

　　那么，如何在“制程”與“穩(wěn)定”之間達(dá)成平衡呢？上方的表格就列明了當(dāng)前市面上可以達(dá)到的移動(dòng)芯片的“極限”。

　　當(dāng)然，制造商們對于“極限”的追求是永無止境的。或許在不遠(yuǎn)的將來，我們就能迎來量產(chǎn)版的“單原子大小”工藝制程的芯片了。