16nm/10nm/7nm處理器差距有多大？為你解答

　　今年6月份，晶圓代工龍頭企業(yè)TSMC（臺積電）召開了股東常會，揭露了先進(jìn)制程技術(shù)的最新進(jìn)展。其中，7nm已經(jīng)在今年四月開始試產(chǎn)，預(yù)期良品率改善將相當(dāng)迅速。5nm工藝則預(yù)計于2019年上半年試產(chǎn)，如今也已擇地準(zhǔn)備建廠了。

　　半導(dǎo)體行業(yè)離我們似乎很遙遠(yuǎn)，F(xiàn)inFET是什么東西，EUV又是什么新技術(shù)，每次看到這種相關(guān)的新聞都讓我們?nèi)缤评镬F里，不知所謂。其實它離我們很近，無論是FinFET還是EUV都是為了完善制程工藝所做的努力。而一款處理器的性能表現(xiàn)、散熱效率、功耗等等都和制程息息相關(guān)。

　　今天，筆者就從制程談起，聊聊手機(jī)處理器的這些事。

　　●16nm、10nm，這些數(shù)字到底是啥？

　　說起這個話題，我們要先搞清楚什么是制程。那些20nm、16nm什么的到底代表了什么。其實這些數(shù)值所代表的都是一個東西，那就是處理器的蝕刻尺寸，簡單的講，就是我們能夠把一個單位的電晶體刻在多大尺寸的一塊芯片上。

　　手機(jī)處理器不同于一般的電腦處理器，一部手機(jī)中能夠給它留下的尺寸是相當(dāng)有限的。蝕刻尺寸越小，相同大小的處理器中擁有的計算單元也就越多，性能也就越強(qiáng)。這也是為何廠商會頻繁強(qiáng)調(diào)處理器制程的原因。

　　同時，因為隨著頻率的提升，處理器所產(chǎn)生的熱量也隨之提高，而更先進(jìn)的蝕刻技術(shù)另一個重要優(yōu)點就是可以減小晶體管間電阻，讓CPU所需的電壓降低，從而使驅(qū)動它們所需要的功率也大幅度減小。所以每一代的新產(chǎn)品不僅是性能大幅度提高，同時還有功耗和發(fā)熱量的降低。

　　綜合以上，可以發(fā)現(xiàn)處理器的制程對于手機(jī)十分重要，更高的性能帶來更流暢的游戲體驗，而一個保持正常溫度的機(jī)身更是能保證大家擁有一個良好的使用體驗。一次制程的升級，帶來了散熱效果與計算性能的雙重提升。

　　無論什么電子產(chǎn)品，CPU都稱得上是核心部件

　　●手機(jī)制程的發(fā)展和性能永遠(yuǎn)在一起

　　所以手機(jī)性能不斷提升的今天，半導(dǎo)體行業(yè)功不可沒。從32nm的Exynos 4412到如今10nm的Exynos 8895才過去了不到5年，可是手機(jī)的性能提升卻是數(shù)以倍計的。屏幕分辨率的提升，鏡頭像素的提升，這些其實都與手機(jī)性能息息相關(guān)。只有更高的運算速度支持，我們才能支持更大分辨率的圖像輸出，更強(qiáng)的相機(jī)算法。

　　目前的手機(jī)處理器大部分交由兩家廠商代工。除了上文中提到的臺積電之外，還有就是三星。它們兩者也一直在你追我趕，毫不放松。三星剛推出32nm工藝，臺積電就緊追不舍放出28nm新制程。這邊剛拿出16nm方案，那邊就宣布14nm即將投入商用。

　　沒有競爭就沒有發(fā)展，正是因為兩家之間互有勝負(fù)的不斷角逐，才能讓手機(jī)行業(yè)不至于類似電腦處理器那般陷入“擠牙膏”一般的提升節(jié)奏。這不，我們的10nm芯片還沒用上多久，三星的8nm，臺積電的7nm已經(jīng)爭著發(fā)布了。

　　采用了最新10nm技術(shù)的驍龍835

　　●在制程之下，其實還有更多的博弈

　　說了這么多，處理器的制程真的這么重要嗎？以蘋果為例，當(dāng)初一直選擇三星作為自家處理器代工廠的蘋果為何在iPhone 7/Plus選擇了臺積電的16nm工藝而放棄了三星的14nm技術(shù)，自然是因為在16/14nm這一制程上臺積電的工藝更加成熟完善。

　　當(dāng)初兩個版本的A9處理器，蘋果分別選擇了三星和臺積電各自代工生產(chǎn)了一版，而臺積電略強(qiáng)于三星的表現(xiàn)，想來也是蘋果在iPhone 7上徹底倒戈臺積電的原因之一吧。

　　不過除了制程之外，其實廠商需要考慮的還有更多。Helio X30是聯(lián)發(fā)科在年初的MWC上發(fā)布的新一代旗艦級處理器，而且搶在了三星高通之前率先使用了10nm工藝。

　　可惜，前期新的生產(chǎn)工藝下良品率并不理想，而如今臺積電又要為了完成蘋果的A11訂單火力全開。同樣由它代工的X30就難免產(chǎn)能不足，這個被聯(lián)發(fā)科寄予厚望的芯片我們至今仍未得一見。

　　傳聞華為的麒麟系列處理器也即將發(fā)布新品

　　●5nm，3nm，或者干脆量子計算？

　　其實半導(dǎo)體蝕刻尺寸發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)很吃力，每個原子的大小約為0.1nm，在10nm的情況下，一條線只有不到100顆原子，在制作上相當(dāng)困難，而且只要有一個原子的缺陷，像是在制作過程中有原子掉出或是有雜質(zhì)，就會因為量子效應(yīng)產(chǎn)生不知名的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的良率。

　　FinFET技術(shù)概念圖

　　其實制程的瓶頸我們早已遇到，當(dāng)初憑借將電晶體的平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為立體結(jié)構(gòu)，也就是FinFET（鰭式場效電晶體）的使用，我們突破桎梏，迎來了10nm制程的時代。而從10nm往后，處理器的發(fā)展就寄托于新的蝕刻工藝—極紫外光刻（EUV），用更小更鋒利的“手術(shù)刀”來切割出更小的電晶體結(jié)構(gòu)。

　　目前看來，蘋果的下一代產(chǎn)品A11使用的將依然是10nm的工藝，那么究竟誰會搶先帶來更新更好的制程工藝，是臺積電的7nm還是三星的8nm，首發(fā)處理器又將花落誰家？我們拭目以待。