詳解“工藝制程”：為何20nm晶片更強大

【XFastest訊】當推出新款處理器的時候，製造商們總喜歡講述“更小的納米制程工藝”、“更強大的性能”、以及“更優異的能效表現”等概念。不過，很多人或許難以理解，為何在做得更小、功耗更低的同時，其性能反而還可以更加強大呢？有鑑於此，外媒PhoneArena特地撰寫了一篇文章，為我們解釋與“制程”相關的的一些問題。

首先，什麼是納米？
從本質上來說，一顆微處理器就是由採用不同材料製成的許多“層”堆疊起來的電路，裡面包含了電晶體、電阻器、以及電容器等微小元件。
不過它們與被你扔進垃圾堆的大塊頭所採用的常規元器件很是不同，因為它們的尺寸已經小得肉眼難以看清，而規模更是可以讓你感到震驚。
在這些由元器件組成的“大軍方陣”中，元件間的距離通常用毫微米進行衡量。如果覺得“十億分之一米”的概念不好記，那你也可以用“納米”(nanometers)來描述它。
最後，間距越小，可以排布在晶片上的元器件就可以更多。

其次，為什麼制程更小更節能？
答案是：縮減元器件之間的距離之後，電晶體之間的電容也會更低，從而提升它們的開關頻率。
由於電晶體在切換電子信號時的動態功率消耗與電容成正比，因此它們才可以在速度更快的同時，達到更加省電。
另外，這些更小的電晶體只需要更低的導通電壓，而動態功耗又與電壓的平方成反比(能效又提升)。
最後，推動半導體製造商向更小的工藝尺寸進發的最大動力，就是成本的降低。元件越小，同一片晶圓可切割出來的晶片就可以更多。
即使更小的工藝需要更昂貴的設備，其投資成本也可以被更多的晶片所抵消。

最後一點，為何制程工藝的飛躍幾乎都是每2年一次？
有利也有弊，在制程更小更省電的同時，電晶體的電流也更易洩露——即使其處於“關閉”狀態。如此一來，又會導致晶片“更費電”。
在理想世界中，這些元器件方陣會是完全穩定的。而隨著電子設備變得越來越小，波動、漸變和擴散都會對其造成很大的影響。
那麼，如何在“制程”與“穩定”之間達成平衡呢？上方的表格就列明瞭當前市面上可以達到的移動晶片的“極限”。
當然，製造商們對於“極限”的追求是永無止境的。或許在不遠的將來，我們就能迎來量產版的“單原子大小”工藝制程的晶片了。

發文者骨骼精奇，發文風格特異，敢問有沒有興趣跟著XF團隊深造

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