CPU工藝與性能之間存在著什么樣的關(guān)系

現(xiàn)在的工藝技術(shù)已經(jīng)能達(dá)到5nm，下一步就是3nm。通常來說制程工藝越先進(jìn)，芯片晶體管集成度越高，核心面積越小，成本越低，而性能會更強(qiáng)，不過這個說法是針對單一芯片而言的，如果放到全局來考慮就不一樣了。 臺積電、三星都宣布了5nm EUV工藝，據(jù)悉蘋果明年的A14處理器就會用上5nm EUV工藝，再下一代可能就是3nm工藝了。 那么，CPU工藝越先進(jìn)，它的性能是不是越好呢？ 1978年Intel推出了第一顆CPU——8086，它采用3μm（3000nm）工藝生產(chǎn)，只有29000個晶體管，工作頻率也只有5MHz。而現(xiàn)在晶體管數(shù)量最多的單芯片CPU應(yīng)該是Intel的28核Skylake-SP Xeon處理器，它擁有超過80億個晶體管，而頻率最高的則是Core i9-9900K，最大睿頻能到5GHz，他們都是用Intel的14nm工藝生產(chǎn)的。

Intel 14nm工藝在性能、功耗方面繼續(xù)改進(jìn)

CPU的生產(chǎn)是需要經(jīng)過7個工序的，分別是：硅提純，切割晶圓，影印，蝕刻，重復(fù)、分層，封裝，測試， 而當(dāng)中的蝕刻工序是CPU生產(chǎn)的重要工作，也是重頭技術(shù)，簡單來說蝕刻就是用激光在硅晶圓制造晶體管的過程，蝕刻這個過程是由光完成的，所以用于蝕刻的光的波長就是該技術(shù)提升的關(guān)鍵，它影響著在硅晶圓上蝕刻的最小尺寸，也就是線寬。

現(xiàn)在半導(dǎo)體工藝上所說的多少nm工藝其實是指線寬，也就是芯片上的最基本功能單位門電路的寬度，因為實際上門電路之間連線的寬度同門電路的寬度相同，所以線寬可以描述制造工藝?？s小線寬意味著晶體管可以做得更小、更密集，而且在相同的芯片復(fù)雜程度下可使用更小的晶圓，于是成本降低了。

更先進(jìn)半導(dǎo)體制造工藝另一個重要優(yōu)點就是可以提升工作頻率，縮減元件之間的間距之后，晶體管之間的電容也會降低，晶體管的開關(guān)頻率也得以提升，從而整個芯片的工作頻率就上去了。

另外晶體管的尺寸縮小會減低它們的內(nèi)阻，所需導(dǎo)通電壓會降低，這代表著CPU的工作電壓會降低，所以我們看到每一款新CPU核心，其電壓較前一代產(chǎn)品都有相應(yīng)降低。另外CPU的動態(tài)功耗損失是與電壓的平方成正比的，工作電壓的降低，可使它們的功率也大幅度減小。

另外同種工藝的概率也是相當(dāng)重要的，Intel自2015年14nm工藝投產(chǎn)以來已經(jīng)發(fā)展到了第三代，Intel一直在改進(jìn)工藝，在不提升功耗的情況不斷提升性能，14nm++工藝比初代14nm工藝性能提升26%，或者功耗降低52%。

實際上AMD Ryzen處理器現(xiàn)在所用的12nm工藝本質(zhì)上也只是GlobalFoundries的14nm工藝的改良版，也就是原計劃的14nm+，晶體管密度并沒有提升，但在性能方面有所改善，最高工作頻率提升了250MHz，而同頻下Vcore下降了50mV。

總的來說半導(dǎo)體工藝是決定各種集成電路性能、功耗的關(guān)鍵，線寬的縮小晶體管密度得以提升從而降低了成本，其次就是晶體管頻率提高，性能提升而功耗降低。