10年前我們覺得65nm工藝是極限,因為到了65nm節點二氧化矽絕緣層漏電已經不可容忍。所以工業界搞出了HKMG,用high-k介質取代了二氧化矽,傳統的多晶矽-二氧化矽-單晶矽結構變成了金屬-highK-單晶矽結構。
5年前我們覺得22nm工藝是極限,因為到了22nm溝道關斷漏電已經不可容忍。所以工業界搞出了finfet和FD-SOI,前者用立體結構取代平面器件來加強柵極的控制能力,後者用氧化埋層來減小漏電。
現在我們覺得7nm工藝是極限,因為到了7nm節點即使是finfet也不足以在保證效能的同時抑制漏電。所以工業界用砷化銦鎵取代了單晶矽溝道來提高器件效能。
當我們說工藝到了極限的時候,我們其實是在說在現有的結構、材料和裝置下到了極限。然而每次遇到瓶頸的時候,工業界都會引入新的材料或結構來克服傳統工藝的侷限性。
那麼CPU製作工藝的理論上限是多少?
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2 # 九樓僱傭軍
目前頂級晶片採用的都是10nm的工藝,臺積電也計劃投資1000億用於建設7nm工藝的廠區,也就是說7nm很快將成為頂級晶片的標配。目前實驗上已經可以實現4nm的晶片製造,後續主要是實現大規模生產的工藝設計。而基於鍺製造的半導體,實驗室已經可以達到1nm級別的電流控制,由於其原材料價格和大規模生產工藝問題,轉化成產品還需要一段時間的發展。
理論上講,CPU的主頻是沒有上限的。
但是現實是,隨著CPU的頻率增加,其功耗與發熱的增加,卻不是線性增加的,目前主流產品的頻率一般小於4GHz。所以,CPU的頻率有極限,但是這個極限,說不好是多少,因為技術在發展。最重要的一點是,現在發展方向,是朝著多核發展,而不是高頻發展,所以,頻率極限不好確定。
CPU是在半導體矽片上製造的,矽片上的各個元件之間需要導線將其聯接起來,在高頻狀態下,導線越細、越短越好,這樣才能減小導線分佈電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此製造工藝的限制,是CPU主頻發展的最大障礙之一。
目前的製造工藝,14nm的處理器已經量產,回想整個發展史,在1965年推出的10微米(μm)處理器後, 經歷了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米(130奈米)、90奈米、65奈米、45奈米、32奈米、22奈米,一直髮展到目前(2015年)最新的14奈米,不過在半導體工藝進入14nm之後,晶片的發展速度有變慢的趨勢,不再按照摩爾定律繼續發展,據說是資金的投入與產出差的太大。
但是,最主要的是,這個技術依然在不斷髮展,各種技術手段的發明使得該行業的發展跟上了摩爾定律的步伐。在90奈米時,應變矽發明了;45奈米時,增加每個電晶體電容的分層堆積在矽上的新材料發明了;22奈米時,三柵極電晶體的出現保證了縮小的步伐。那麼相應的,CPU的頻率是可以提升的,因為工藝的提升,極大的降低了CPU的發熱量。拿去年手機界的CPU高通810來說,由於CPU架構與製作工藝不相配,810的發熱量使得它“名噪一時”,大部分810產品比較失敗,今年820採用了更為先進的14nm工藝,發熱量明顯下降。
下一代的10nm光刻技術,英特爾繼續逼近矽原子極限,考慮到這個原子半徑問題,可能會有新材料出場,說不定呢!
好了,言歸正傳,只要CPU的發熱可以控制住,頻率是可以向上增加的,2014年,AMD FX- 8370突然破紀錄,最高位8722.78 MHz,核心電壓足足有2.004 v,散熱當然用的是液氮啦~~~
說了這麼多,跟你問的問題關係也不大,沒有說最高頻率是多少,因為目前來講,這個數字不能確定,CPU的發展不朝高頻發展,而是多核發展。所以無法給出絕對值。