為什麼CPU製程工藝非要追求7nm、5nm甚至2nm,為什麼要這麼小?

2021-01-17 極客談科技

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雖然美國並未完全禁止臺積電為華為代工晶片產品,但是卻不允許臺積電為華為代工5nm、7nm工藝製程的高端處理器晶片。這是否意味著華為將會徹底喪失高端晶片的生產能力呢?畢竟國內中芯國際滿足商用的僅為14nm工藝製程的晶片。我們不禁會產生這樣的疑問,既然高端工藝製程的晶片無法實現,為何不使用低端工藝製程的晶片來實現同樣的性能呢?換句話來說,為什麼晶片工藝要追求的這麼小呢?

我們先來看看高端晶片工藝有什麼好處,否則無異於紙上談兵。14nm、7nm、5nm工藝製程究竟指的是什麼?在整個晶片電路中,電晶體的柵極是最窄的線條,如果柵極是14nm,則表明使用的是14nm工藝製程,同理可推,7nm、5nm工藝製程就是指不同規格的柵極。工藝製程越先進,意味著同樣面積的晶片可以容納更多的電晶體,帶來性能上的提升(很多人認為蘋果A系處理器之所以優於其他廠商處理器,正是因為蘋果A系處理器不需要集成基帶晶片,同樣的面積用於計算的電晶體數量更多)。工藝越先進,意味著需要的電壓、電流也就越小,發熱量勢必會同步降低,也就是說工藝的提升勢必會帶來功耗的降低。

既然無法實現7nm工藝製程的晶片,使用更大面積的14nm工藝製程晶片是否可行呢?理論上可行,但是實際上並不允許。兩者之間性能上的差異並不是單純的2*2=4的關係,晶片性能的參數更加的複雜,還包括工藝庫密度上的差異,處理器多線程、單線程、加密、SIMD性能等方面的差異。除此之外,還涉及到晶片成本以及良品率的問題。暫且不說處理器晶片體積過大導致手機臃腫的問題(晶片體積可不止增加4倍這麼簡單,可能是指數級的翻倍),就是從成本的這個角度來考慮也並不現實。小米11手機的發布會上,雷軍給我們展示高通驍龍888處理器,使用了5nm工藝製程,大小和我們的手指蓋差不多!

除了體積的問題之外,還有晶片的功耗問題。強行將14nm工藝製程晶片的性能拔高至5nm工藝製程來使用,勢必會帶來功耗上的提升,主要有兩個方面的影響。一個是產生的熱量問題,如果是臺式機或者是伺服器並不存在該問題,可以通過更加強勁的散熱系統來解決這個問題,然而手機內部屬於封閉式空間,更多的是採用被動式的散熱,熱量的堆積不僅會影響我們的操作體驗,處理器也會被迫導致降頻。還有一點不得不提,那就是手機的供電問題一直提升不大,一天一充已經是不錯的待機成績,如果使用功耗更強的晶片,您的手機一天需要幾充呢?

不可否認,華為公司現在處於一個兩難的境遇,若繼續研發高端晶片,很可能也無法完成最終的實物生產;若放棄高端晶片的研發,則陷入了美國的圈套。為了避免上下遊供貨商因此事受到聯繫,榮耀已經從華為剝離出去,聯發科也正在評估給榮耀供貨晶片的事情。華為晶片未來之路該如何發展,您怎麼看?歡迎大家留言討論。

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