半導(dǎo)體工藝如何影響CPU性能的？

半導(dǎo)體的支持工藝和CPU的性能關(guān)系就大了，它關(guān)系到CPU內(nèi)能塞進(jìn)多少個(gè)晶體管，還有CPU所能達(dá)到的頻率還有它的功耗，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(gè)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(gè)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(gè)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(cè)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(jiǎn)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(gè)過程是由光完成的，所以用于蝕刻的光的波長(zhǎng)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(shí)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?yàn)閷?shí)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。縮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(gè)重要優(yōu)點(diǎn)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(huì)降低，晶體管的開關(guān)頻率也得以提升，從而整個(gè)芯片的工作頻率就上去了。

另外晶體管的尺寸縮小會(huì)減低它們的內(nèi)阻，所需導(dǎo)通電壓會(huì)降低，這代表著CPU的工作電壓會(huì)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(dòng)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(shí)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(jì)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。

多年前Intel對(duì)自家半導(dǎo)體工藝的進(jìn)展預(yù)期，此處應(yīng)該有個(gè)滑稽的表情。

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。