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华体会体育:cpu的nm级越来越小,为什么不通过增大面积来提高性能?

更新时间  2022-06-04 17:51 阅读
本文摘要:通过减小芯片面积,一个芯片中可以拿起更好的晶体管,更好的晶体管可以构建功能更加简单,性能更高的芯片呢。这是一个较为有意思的问题。乍一看奇特很有道理的样子,那么为什么半导体行业却没这么发展呢?首先我们看一下,一颗芯片是怎样生产出来的呢?在半导体生产中,再行将单晶硅棒经过打磨、切片之后,沦为了晶元(wafer)。而每一片wafer经过掺入、光刻、等步奏后构成一个个芯片。 成品的wafer一般生出右图,wafer内一小块一小块的正方形我们称作die,即未PCB的芯片。

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通过减小芯片面积,一个芯片中可以拿起更好的晶体管,更好的晶体管可以构建功能更加简单,性能更高的芯片呢。这是一个较为有意思的问题。乍一看奇特很有道理的样子,那么为什么半导体行业却没这么发展呢?首先我们看一下,一颗芯片是怎样生产出来的呢?在半导体生产中,再行将单晶硅棒经过打磨、切片之后,沦为了晶元(wafer)。而每一片wafer经过掺入、光刻、等步奏后构成一个个芯片。

成品的wafer一般生出右图,wafer内一小块一小块的正方形我们称作die,即未PCB的芯片。那么如果晶元的尺寸恒定而减小单个芯片的大小不会有什么后果呢?1)一片wafer中芯片个数变低这一点很好解读,比如右图,圆形是wafer的范围,正方形为一个die。随着芯片面积的减小,完全相同大小一片wafer中装好的芯片个数从16变为4再行到1。这样就不会导致生产成本很高。

2)良率变差良率可以非常简单解读为,一片wafer中可以长时间工作的芯片。在芯片生产中由于灰尘或者切割成或工艺等问题,不会使同一片wafer中若干区域损毁,导致芯片出厂。

我们还是一下图为事例。黑色点为损毁点。单个芯片面积越大良率就越较低。

那如我们同时将晶元的面积逆大,这样是不是就可以解决问题以上两个问题了?右图为晶元面积的发展史,很惜晶元面积的增长速度较快。如果不展开晶体管尺寸增大,意味着依赖晶元变小,那么半导体发展将相比之下的领先于摩尔定律。

搭配更加先进设备的工艺除了成本和良率的益处之外还有哪些方面的优势呢?一个MOS管的基本结构如下:每一代新工艺节点,晶体管的闸极长度L变大。闸极长度变大后,晶体管有更加慢的反应速度,更加较低的掌控电压。

1)更慢的频率随着工艺节点的大大增大,芯片的频率更加低。2)更加较低的电压而芯片的功耗是与电压成平方关系,电压的减少,可以很大的增加功耗。由上由此可知,芯片的性能(频率、面积、功耗)与芯片中集体管个数并没必然联系,而意味着通过减小面积无法超过提升性能的目的。

右图是将近40年来芯片发展图,由图由此可知通过大大削减晶体管尺寸,保证了近40年来半导体业高速的发展。伸延读者但是转入28nm以后再行按照以往的经验来削减晶体管尺寸,将不会过热。

较短沟道效应导致晶体管无法变频器。目前业内通过Fin-FET,SOI等技术来解决问题这个问题。


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