从本质上来说,一颗微处理器就是由采用不同材料制成的许多 " 层 " 堆叠起来的电路,里面包含了晶体管、电阻器、以及电容器等微小元件。
不过它们与被你扔进垃圾堆的大块头所采用的常规元器件很是不同,因为它们的尺寸已经小得肉眼难以看清,而规模更是可以让你感到震惊。
在这些由元器件组成的 " 大军方阵 " 中,组件间的距离通常用毫微米进行衡量。如果觉得 " 十亿分之一米 " 的概念不好记,那你也可以用 " 纳米 " ( nanometers ) 来描述它。
最后,间距越小,可以排布在芯片上的元器件就可以更多。
其次,为什么制程更小更节能?答案是:缩减元器件之间的距离之后,晶体管之间的电容也会更低,从而提升它们的开关频率。
由于晶体管在切换电子信号时的动态功率消耗与电容成正比,因此它们才可以在速度更快的同时,达到更加省电。
另外,这些更小的晶体管只需要更低的导通电压,而动态功耗又与电压的平方成反比 ( 能效又提升 ) 。
最后,推动半导体制造商向更小的工艺尺寸进发的最大动力,就是成本的降低。组件越小,同一片晶圆可切割出来的芯片就可以更多。
即使更小的工艺需要更昂贵的设备,其投资成本也可以被更多的晶片所抵消。
最后一点,为何制程工艺的飞跃几乎都是每 2 年一次?有利也有弊,在制程更小更省电的同时,晶体管的电流也更易泄露——即使其处于 " 关闭 " 状态。如此一来,又会导致芯片 " 更费电 "。
在理想世界中,这些元器件方阵会是完全稳定的。而随着电子设备变得越来越小,波动、渐变和扩散都会对其造成很大的影响。
那么,如何在 " 制程 " 与 " 稳定 " 之间达成平衡呢?上方的表格就列明了当前市面上可以达到的移动芯片的 " 极限 "。
当然,制造商们对于 " 极限 " 的追求是永无止境的。或许在不远的将来,我们就能迎来量产版的 " 单原子大小 " 工艺制程的芯片了。
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