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分分钟帮你理解处理器工艺演进的意义

时间:10-28 来源:腾讯数码 点击:

每当有新的处理器发布时,制造商都要站出来强调,他们的设备搭载的是更小纳米制程工艺芯片,因此他们最新设备相比前一代更强大、更节能。

不过,这种说法有些"反直觉":处理器确实变小了,但是它们却变得更强大,难道能耗还能降低?我们可能习惯性认为,尺寸更大,意味着更强劲,更强劲自然就需要更多的能耗。这种想法是否准确呢?你可能还不知道不同纳米工艺具体意味着什么,以及它们对你智能手机运行游戏或者电池续航时间有何影响。

为了弄清楚这些问题,首先,就让我们解释一下处理器制程工艺概念吧。

纳米是什么?从本质上讲,一款微处理器也就是由不同材质组成的几个叠层构成。将它们以一种特殊的方式堆积在一起就生成了电子元件,比如晶体管、电阻器和电容器。这些都是我们很难用肉眼看到东西,它们只有在显微镜下才能观察出来。这些微型电子元件躺在方形网格中充当着打开、关闭按钮。电子元件之间的距离就是用纳米来计算。我们都知道,一纳米等于十亿分之一米。电子元件彼此之间的距离越小,我们在芯片中放置的东西就越多。

目前有很多种缩减电子元件距离的方法,以此获得更高效的芯片。缩小微处理器电子元件距离将导致不同晶体管终端电流容量降低,这样就会提升他们的交换频率。每个晶体管在切换电子信号时,其所消耗的动态功耗直接与电流容量相关,这样晶体管就变得运行速度快、且能耗小。

是的,这样肯定会变得更好。这些小型晶体管需要低压来打开,因此它们也就需要低压来驱动。动态功耗损失跟电压的平方成正比。当你降低了驱动通过晶体管电流所需要的电压时,你最终也就降低功耗。

最后要说的是,半导体生产商偏爱更小工艺尺寸处理器的另一个因素就是成本。电子元件越小,你在晶片所放置的元件就越多。不过,尽管更小工艺尺寸需要更多昂贵设备,但这些投资成本会被每个晶片成本所冲销。

处理器制程工艺尺寸对设备意味着什么?

为何缩小处理器工艺尺寸平均要花2年时间?这其中自然包括对各个方面的平衡。这也是为什么上文提及的小型、强劲、有效的晶体管容易漏电流的原因。电压在四方形中偶尔会发生泄漏,这就导致即便是芯片什么也没做,也会发生功耗。在一个理想的状态下,在隔层网格中所有元件保持稳定状态,但是,如果电子元件体积太小,电流将变得更不稳定。
电子元件的极限尺寸是多少?目前比较流行、且功能强劲的移动处理器都是在20纳米-28纳米之间,但仍处在开发状态下的最小处理器工艺尺寸为14纳米,它是由英特尔公司打造,应用在台式和笔记本CPU中。这家公司的目标是在2020年开发出5纳米工艺的处理器。行业专业人士预期在2028年将出现1纳米工艺处理器。

从某种程度上讲,这将打破我们目前所使用的处理器生产技术限制,行业参与者将不得不考虑使用其他开发途径和原料。鉴于我们已经在2012年开发出了只有单原子大小的晶体管,因此我们可以大胆地说,芯片制造商未来肯定能够寻找到继续开发更优秀的产品方法。

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