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  • 1 # 使用者9209957013543

    電晶體是晶片的最基本單元,它的響應速度快,準確性高,被用於各種各種的數字和模擬功能,包括放大、開關、穩壓、訊號調製和振盪器等等。幾億或者更多的電晶體積體電路可以封裝在一個非常小得區域內,這就是晶片。

    英特爾10nm晶片,每平方毫米有1.008億個電晶體。1奈米相當於4倍原子大小,是一根頭髮絲直徑的10萬分之一,比單個細菌(5微米)長度還要小得多。

    製造晶片和蓋房子是差不多的,先由矽晶圓作為地基,往上一層層的堆疊電路和電晶體。

    晶片製造常用柵極長度來描述晶片的工藝製程,nm數越小代表越先進。我們常說的14nm、12nm、10mm、7nm的晶片,nm就是指晶片的工藝製程,也就是晶片裡面的電晶體的柵極長度。

    透過電子顯微鏡觀察、對比32nm和22nm平面電晶體。我們可以發現,nm數越小電晶體的柵極長度就越小,電晶體也就越小,單位面積內所能容納的電晶體的數量也就越多。7nm比20nm的晶片工藝製程要先進,它能把電晶體的柵極長度做得更小,其結果就是電晶體的規模增大、頻率提高、功耗下降。根據登德爾縮放比例定律:電晶體面積的縮小,使得其所消耗的電壓以及電流會以差不多相同的比例縮小。

    規模包括電晶體密度、柵極間距、最小金屬間距等。頻率和功耗對應指標主要包括柵極長度、鰭片高度等。

    電晶體柵極長度縮小(或溝道長度縮小),那麼源極與漏極之間距離就會縮小,電子僅需流動較短的距離就能夠執行,從而可以增加電晶體開關切換頻率,提升晶片工作頻率,也可以減低內阻,降低導通電壓,在相同工作頻率下電壓下降帶來功耗降低。

    電晶體變小後,可以縮小晶片的面積,提高晶片的良品率並降低成本,一塊晶圓可以生產更多的晶片。電晶體密度提高,可以擴大晶片的電晶體規模,增加並行工作的單元或核心。

    工藝提升對於晶片效能提升影響明顯工藝提升帶來電晶體規模的提升,晶片可以支援更加複雜的微架構或核心,帶來架構的提升。同時,工藝的提升得晶片主頻得以提升。

    歷年來先進製程都是先應用於旗艦級智慧手機、個人電腦、伺服器等。旗艦手機晶片一般走在製程前沿,最先進製程推出後即開始採用,新制程出現後向下轉移,所以每當旗艦手機發布的時候除了手機的效能有所提升、功耗降低外,還有很多的黑科技,能實現更多的功能

    很多人都進入了一個誤區,認為較低的工藝製程並不能實現較先進工藝製程的功能。這個觀念是錯誤的,實際的現實生活中,很多裝置所需要的晶片並不要求很先進的工藝製程,晶片的本質還是大規模的積體電路小型化,而先進的工藝製程可以將電晶體、晶片做得更小。

    舉個例子:同一個晶片的設計圖採用不同的工藝製程來製造,最終制造出來的晶片實現的功能本質上是沒有差別的。至於先進製程帶來的優點上面已經介紹了,就不做重複。

    隨著晶片的工藝製程無限接近原子的大小,量子隧穿效應就會變得極為容易,會產生較大的電流洩漏問題。登德爾縮放定律的失效以及隨之而來的散熱問題,單純的透過減小柵極長度,提高晶片時鐘頻率變得越來越難,廠商也逐漸轉而向低頻多核架構的研究

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