為什么cpu制程工藝非要追求7nm5nm甚至2nm？

cpu制程工藝非要追求7nm、5nm甚至2nm，為什么要追求這么小？這就跟胖子、瘦子、小孩的飯量是一個(gè)道理。

體量越大所要占用的空間就越大、消耗就越大，吃的飯也就越多；

體量越小所要占用的空間就越小，消耗也越小，吃的飯也就越少；

如下圖：胖子一頓要5碗米飯，瘦子一頓要2碗米飯，小孩一頓1碗米飯都會(huì)覺得多了。

CPU做小后，設(shè)備的體積就會(huì)減小

1946年世界上第一臺(tái)電腦ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)大學(xué)誕生，使用了18800個(gè)真空管，長(zhǎng)50英尺，寬30英尺，占地1500平方英尺，重達(dá)30噸，大約是一間半的教室大，六只大象那么重。并且ENIAC只能用于科學(xué)計(jì)算不能用作其他用途。

現(xiàn)在，微軟的Surface Pro X平板電腦，長(zhǎng)287毫米，寬208毫米，厚7.3毫米，并且?guī)Я薟iFi、藍(lán)牙、攝像頭、觸摸屏、陀螺儀等設(shè)備。方寸大小的CPU內(nèi)就集成了幾百億個(gè)晶體管，能夠?qū)崿F(xiàn)各種各樣的人機(jī)交互操作。

CPU做小后，功耗降低

第一臺(tái)電腦ENIAC由18800個(gè)真空管、6萬個(gè)電阻器，1萬個(gè)電容器、1500多個(gè)繼電器和6000個(gè)開關(guān)組成。ENIAC每小時(shí)耗電量超過150千瓦，相當(dāng)于1500只100W燈泡同時(shí)點(diǎn)亮后的耗電總量，這個(gè)是相當(dāng)驚人的耗電量，為此還專門配備了一臺(tái)30噸重的冷卻設(shè)備。

現(xiàn)在，手機(jī)只有巴掌大，卻搭載了一顆強(qiáng)勁的CPU，配備了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、陀螺儀、觸摸屏、衛(wèi)星定位、攝像頭等設(shè)備。僅需要一塊幾千毫安的電池，就可以待機(jī)好幾天。我們可以通過巴掌大的手機(jī)上網(wǎng)、 購(gòu)物、看視頻、玩游戲、移動(dòng)支付等等。

CPU做小后，故障率低

第一臺(tái)電腦ENIAC真空管的損耗率相當(dāng)?shù)母撸瑤缀趺?5分鐘就可能燒掉一只真空管，操作員需要花15分鐘以上的時(shí)間才能找出壞掉的管子。

一塊手機(jī)的SOC（手機(jī)的CPU）僅有一塊硬幣大小，卻集成了數(shù)百億的晶體管，這樣晶體管因?yàn)槭窃谳^低的電壓和電流下工作，基本上手機(jī)用到不想用了，SOC也不會(huì)壞。

晶體管取代電子管為電路小型化但又大規(guī)模集成奠定了基礎(chǔ)

與電子管相比，晶體管具有更多的優(yōu)越性：

1、晶體管構(gòu)件沒有消耗；

電子管會(huì)因?yàn)殛帢O原子的變化和惰性氣體慢性漏氣而逐漸劣質(zhì)化；晶體管是不需要填充惰性氣體，壽命一般比電子管長(zhǎng)100到1000倍。

2、晶體管不需要預(yù)熱，耗電能極少；

電子管需要加熱燈絲產(chǎn)生自由電子才能工作，晶體管一開機(jī)就可以工作，所以晶體管耗電能是極少的。

舉個(gè)例子：一臺(tái)晶體管收音機(jī)只需要幾節(jié)干電池就可以聽半年以上，電子管的收音機(jī)就很難做到。

3、晶體管結(jié)實(shí)可靠；

普通晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，耐沖擊，耐振動(dòng)。

CPU做小后主要有以下幾個(gè)好處：

節(jié)能：晶體管大了，連接晶體管間的導(dǎo)線就要越粗越多，耗能就越大；晶體管做的越小，連接晶體管間的導(dǎo)線就要越小越少，電流可以走捷徑，電阻力小，自然就節(jié)能。

性能提高：晶體管越小，同一塊芯片單位面積內(nèi)能工作的晶體管更多了，性能就更好。

減少成本和占用空間：芯片小了，一個(gè)硅片能做成更多的成品芯片，很大程度的降低了成本。我們的電腦、手機(jī)才可能做得更小、更薄。

終上所述，芯片的工藝制程越做越小是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，但以目前的工藝制程是不可能無限的做小。當(dāng)工藝制程無限接近原子的大小時(shí)就會(huì)觸碰到極限，到時(shí)候可能就會(huì)有新的技術(shù)取代現(xiàn)有的芯片工藝制程。

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