153億電晶體，華為Mate 40的麒麟9000是什麼水平？

繼上周的海外發布會後，10月30日下午，華為在上海舉行的Mate 40系列的中國區發布會，除了人民幣售價的揭曉，擁有"全球第一款5nm 5G SoC"光環的麒麟9000依然是此次發布會的焦點。

在麒麟9000的各種介紹和宣傳中，一定繞不開一個數字：153億，指的是在這塊指甲蓋大小晶片上集成了約153億電晶體。

事實上，幾乎每家廠商在推出新一代處理器時，都會強調其集成的電晶體數量，比如iPhone 12搭載的A14電晶體的數量是118億。

所以，同樣是臺積電的5納米製程，華為麒麟9000的電晶體數量比蘋果A14多了30%，工藝的先進性、電晶體數量、集成度等都為業界之最。

即使對晶片一無所知，你也能從廠商的態度感受到電晶體的重要性了。那麼，為什麼廠商這麼在意電晶體的數量？小到肉眼無法分辨的電晶體，到底有什麼用呢？

電晶體，針尖上的藝術

我們知道，麒麟晶片由華為旗下的華為海思設計，海思的英文名為HISILICON，其中的SILICON就是矽的英文，矽是多數微電子晶片的主要材料，而晶片則是由無數電晶體組成的。

數以億計的電晶體負責掌控電流開關，即電路中0與1的計算，也就是說，晶片性能的高低，與電晶體密切相關。

製造電晶體的材料，就是我們前面提到的矽了。雖然我們日常生活中再熟悉不過的沙子就含有大量二氧化碳，但要把沙子變成可用於電晶體製造的單晶矽，需要經過多次提純，有多純呢？10億個矽原子最多只能用1個雜質原子，純度為99.9999%。

提純後的圓柱狀單晶矽，也叫矽錠，重約100公斤，長這樣：

再把矽錠切割成一片一片的矽晶片，經拋光後，得到"晶圓"。隨著製造工藝的進步，晶圓的面積也在不斷增長，由最初直徑僅有50毫米，現在用於計算機或手機晶片的晶圓直徑已經達到了300毫米。

造出晶圓，製作電晶體的萬裡長徵才邁出了第一步。接下來，需要在晶圓上塗上光刻膠，再用紫外線將掩膜版的電路圖案經透鏡投影至光刻膠上，進行曝光，經過溶解、刻蝕、衝洗後，晶圓上就留下了設計好的圖案。

之後還要再給晶圓指定區域塗上光刻膠，曝光、清洗，再用離子轟擊晶圓，沒有被光刻膠覆蓋的區域就會被刻蝕掉，形成如下的凸起結構，至此，電晶體已基本完成。

當然，以上只是製作電晶體的主要步驟，實際的過程還要複雜得多。隨後是對電晶體進行電鍍，再在其上面創建金屬層以連接不同的電晶體，這些盤根錯節的電路網絡，就像是這個數字世界的高速公路網。

人類在納米級的結構上造出了最複雜、最精細的電路結構，堪稱針尖上的藝術。

華為Fellow(公司院士)艾偉

話又說回來了，麒麟9000所說的5nm製程，描述的又是什麼數值？

當我們談論晶片製程時，我們在談論什麼？

要搞清楚這個概念，還是要從電晶體說起。電晶體的結構如下圖所示：

圖片來自回形針視頻

電流從源極（S）流入漏極（D），中間的柵極（G）相當於閘門，控制兩端電流的通斷，實現表示二進位的"0"和"1"。源極和漏極之間的距離，也就是柵極的寬度，影響著電流通過時的損耗，直觀體現為晶片的功耗、發熱等。

而我們前面也提到，電晶體的數量還決定晶片的性能，要實現更快的運算速度和更複雜的功能，又要塞進儘可能薄的機身中，就要求電晶體體積越小越好。

1992-1997年，製程工藝節點與柵極寬度對應

所以，從減小功耗和提升性能的角度考慮，柵極的寬度顯然是越窄越好，所以最初人們用製程描述柵極的寬度，但從上世紀90年代末期開始，製程的技術節點與理想的發展曲線不再匹配，今天我們談論的5nm、7nm等製程，已經不再與柵極的寬度掛鈎，是各家晶片製造廠商根據工藝改進和市場營銷需求各自進行的命名，不同廠商相同的納米製程也無法直接進行比較，比如英特爾的10nm就被普遍認為等效於臺積電和三星的7nm，因為三者實際上電晶體密度非常接近。

圖片來自虎嗅

因此，當有廠商宣布推出新的工藝節點時，我們可以理解為，這家廠商的工藝又有了進步。當然，臺積電的5nm確實是目前已量產的最先進位程。

理解了電晶體和製程兩個概念後，我們就能明白麒麟9000為何是當今手機工藝最先進、電晶體數量最多、集成度最高和性能最全面的5G SoC了。

麒麟9000的CPU相比驍龍865+提升10%的同時能效比提升25%；GPU搭載ARM架構最先進的G78微架構，在極小的晶片上堆上了24核，比上一代整整增加了一倍；NPU首次實現業界ISP+NPU融合架構，算力翻倍……這些傲人的參數背後，都離不開5nm製程工藝下的153億電晶體。