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小东西有大秘密 制程在手机处理器中的地位详解 (全文)

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2017-03-14 17:01:41 百事科技 0

作为一个文科生,鬼知道我为什么会选择和大家聊这个话题。但在魅族论坛逛,没点干货扯扯总觉得缺了点啥。思来想去,还是和大家聊聊手机处理器的那些事吧,毕竟在三星、高通旗舰处理器即将发布之际,多了解点相关知识才能更好的吹啊。

小东西有大秘密 制程在手机处理器中的地位详解
小东西有大秘密 制程在手机处理器中的地位详解

为此我做了不少功课,但别小看这小小的处理器,知识实在太多了,准备了那么多笔记却只是看到了点皮毛,所以当我讲的有错误大家要担待,假装没看到,毕竟我是百无一用的书生啊。

好了,言归正传,今天想和大家说的是手机处理器的制程,简单来说就是电路板中电路与电路之间的距离,往深了讲就是集成电路的精细度,目前已经发展到纳米级别。

缩小制程的意义

制程在手机处理器上可谓意义重大,并且随着科技的发展制程正在往越来越小的方向发展,这主要是因为人们对性能越来越强大芯片的需求,而因此扩大芯片体积显然是不被认可的,这会带来额外的成本,并让手机越来越大,不符合目前手机市场发展的趋向。为了能在更小的芯片中塞入更多的晶体管,减小制程是公认的好方法,随之而来的好处还有降低耗电量和制作成本、保证小体积芯片便于商用等等。而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,同时同样晶体管数目的DIE面积会降低。

但因为纳米本身就极其微小,当处理器制程发展到现在即将进入个位数,在制作上则越来越困难,因为在只有不足100个原子的距离里,任何细微的操作都可能干扰原子,导致一些问题和良品率下降,这也是目前影响处理器制造商发展的瓶颈。了解到这个也就能理解高通10nm制程的芯片骁龙835、联发科Helio x30以及三星Exynos 8895在手机芯片市场中的重要地位了。

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处理器制程演进

而反观手机处理器发展史,从制程变化能看到一个明显的发展轨迹,03年手机发展初期90nm到现在呼之欲出的10nm制程,短短十多年,手机性能却发生了铺天盖地的变化,这和处理器有着密不可分的关系,制程也功不可没,从中也可以窥视人类科技的发展。

制程数的确定

这里有人要问,为什么制程的数字是这些,而不是别的数字,比如有28nm,为什么没有29nm?

这其实是有一定规律的。根据早期国际半导体蓝图规划,由五个在相关领域较为发达的国家共同制定,约定下一代制程要在上一代基础上做到晶体管数量不变,芯片面积缩小一半。由这一关系可以算出前一代制程要比后一代大√2倍,所以能算出后一代大概数值。纵观整个处理器制程变化,除了少部分特殊的外,都遵循着这一规则。

以下我挑四个制程发展节点的代表,大家随意感受一二。

一、28nm制程

任何事情发展到一定阶段都需要一个打破僵局的点,在制程上,28nm就相当于这个点,它继承了55nm到40mn的大跳跃,从40nm到28nm实现了另一个让人惊讶的大发展。

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和40nm相比,28nm工艺制程将晶体管划分的更为精细,单位面积内可填充更多的晶体管,实现了性能的优化升级以及功耗的降低。这种变化可以从A15和A9中看出,他们最主要的区别就是制程,前者为28nm,后者是40nm。由制程带来主频的差异,28nm的A15可以达到2.5GHz以上。

同时,28nm的极致优化使其成为处理器生产中的熟客,活跃了长达四年之久,除了三星直接采用自家的28nm生产线生产Exynos 5处理器外,剩下的著名手机厂商28nm ARM几乎全部让台积电代工,这让台积电获益颇多。

二、20nm制程

20nm则有着明显过渡意味。在28nm制程统治四年之后,台积电也想改变这种不思进取的状态,抢先研发20nm工艺制程,并成功争取到了苹果A8处理器全国唯一代工厂这一大蛋糕,随着苹果6的热销,20nm制程也逐渐被熟悉并使用。其中代表包括高通骁龙的810,三星Exynos 7 Octa以及联发科的X20/X25。

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而备受魅友关注的MX 6和PRO 6都是20nm制程的处理器。

这里提一下16nm制程,如华为的麒麟960就是台积电的16nm制程,此外苹果的A10处理器也同样是16nm制程,也是时下热门的制程之一。

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麒麟960

三、14nm制程

14nm对于手机处理器有着革命性的意义。它的真正普及意味着FinFET晶体管技术的普及和精细制程制造工艺的进步。

因特尔作为最早使用14nm制程的厂商,相比别的新品生产商有着不小的优势,这源于它早在22nm时就引入了FinFET工艺,可以直接套用,只需缩小工艺尺寸就行。

三星紧跟其后,在14年底进入14nm工艺时代,并将工艺授权给了GlobalFoundries,使得别的公司有了更多的工艺选择。这也让三星获得了苹果处理器大量的订单,从而和台积电分庭抗礼。

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在14nm制程上具有代表性的芯片有骁龙820/821和三星8890,后者代表机型就是魅友们熟知的魅族PRO 6 Plus。

四、10nm制程

相比14nm,10nm的飞跃极为巨大,因为在这个量级上,每一次的突破都很艰辛,在只能放100个原子的距离里,对晶圆体布局面临的就不止是纯电路问题了。

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据可靠消息三星在今天已经发布了自己的旗舰处理器8895,正式使用的10nm制程,并且发出了它的海报,魅族有望使用吗?除此之外,还有不少厂商都表示准备量产,比较明确的就是高通骁龙835和联发科Helio x30。

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10nm之后,之后会是7nm,目前来看,7nm制程离我们还有一些距离。

总结:

讲了这么多,其实我自己也还是一知半解。但不管怎样,处理器的制程还会发展,甚至早在此前,IBM就公布了自己7nm工艺芯片。但直白讲,科技的进步离不开各大厂商对于技术的不断追求和突破,即使其中有着利益的驱动,我们还是乐于见到一个更加智慧美好的时代。

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