芯片真的是越小越好吗?为什么全世界不过十家能做到28nm?

芯片真的是越小越好吗?为什么全世界不过十家能做到28nm?
2021年08月11日 15:13 智芯科技讯

芯片真的是越小越好吗?为什么全世界能做到28nm级别芯片的企业,不过十家?而有的企业已经做到5nm了?今天,一篇文章带你看懂芯片到底是怎么回事。

首先纠正一个误区,很多人以为几纳米芯片指的是面积,但其实他是长度单位,芯片对于一部手机来说,相当于我们人的大脑,当这个大脑要运转的时候啊,电流就要从晶体管中的源极流入漏极,但是中间会经过一刀闸门叫做栅极,电流经过栅极会有耗损,就好比满血的你,从A城赶往B城,但是这条路上会有一段荆棘,荆棘越多耗血量就越多,但如果荆棘路变短了,你剩余的血量是不是就更多了,所以为了减少损耗,就必须要缩短栅极的宽度。当然这个宽度是越小越好,现在所说的几纳米芯片,比如三星官宣即将发布的猎户座1080的芯片,晶体管栅极就是5nm宽,那这个芯片就叫做5nm制程芯片,简称5nm芯片。

那么5nm芯片比7nm芯片好吗?答案是肯定的。指甲盖大小的芯片上,差不多有几十亿个晶体管,如果每个晶体管的栅极,都从7nm缩短到5nm,那么同样面积下的芯片,能容纳的晶体管,数量就更多,5nm芯片每平方毫米可以容纳超过1.7亿个晶体管,比7nm提高了80%,芯片性能就提高了,功耗还变小了。

但芯片到底为什么那么难做呢?

你知道1nm是什么概念吗?细菌够小吧,肉眼看不见,可是一个细菌的直径,居然还有500到5000nm,而我们新闻里老是看到什么7nm芯片,就容易给我们一种基操勿6的错觉,但事实上,全世界能做到28nm级别的芯片企业,不过十家。难度甚至可能会大于研究航天飞机。

就和盖房子之前要画图纸一样,制造芯片前,也需要先设计,几十个晶体管的排列组成,比一座摩天大楼还要复杂,1个AI芯片,相当于在1毫米的高度上,盖15层楼,可以想象一下,一枚芯片的电路设计,大概要比一线城市的道路,还要夸张。在设计出图纸之后,需要通过激光,将其缩小投射到芯片上,就好像用笔在指甲盖上画出一整座城市。这时候就涉及到一个关键的步骤,叫光刻。

完成这个过程的机器叫做光刻机,可以说是目前地球上最精密的仪器了。在这种极端精度之下,一点点没有意识到的误差,都有可能成为全部障碍,用“替蚊子割双眼皮”来形容都完全不够啊!芯片作为手机的核心零件,它的差距,直接影响了手机之间的差距,举个例子,三星手机出货量,之所以能傲视全球的直接原因,就是他们拥有全世界领先的芯片技术,是目前仅有实现设计与制造一条龙的7nm以下厂商,你没听错,即使你现在身边几乎看不到三星手机,但他们在19年,全世界范围的出货量远超了华为5500万台,甚至比苹果还多卖了1.05亿台。

而如今迎来5nm时代,三星更是要起飞了,还首发了一个5nmEUV工艺与Cortex-A78新架构处理器:猎户座1080。跑分性能直接飙到了近70万分,与刚发布不久的苹果A14和华为麒麟9000有的一拼。不过好消息是这款猎户座1080芯片,也是三星与VIVO联合研发的结果。并将在VIVO的高端主力机型上首发。

事实上在去年VIVO就和三星联合研发了5G芯片,也难怪他们近些年手机的性能突飞猛进,不过话又说回来,如果VIVO真的能拥有三星5nm芯片强悍顺滑的电竞体验和最高两亿像素的影像处理能力,那也不失为是对我们国产芯片事业的一种鞭策啊。

其实在芯片的设计和封装测试方面,我们的技术已经很成熟了,之所以会被“卡脖子”,是因为不能生产出更精密的光刻机,这不是短时间能攻克的问题,难度甚至不亚于研究原子弹。但是这不是我们第一次从零开始,更不是唯一一次从追赶到超越。这些年,我们平均每年在半导体行业,投入130亿美元的研发资金,可以确定的是我们与西方国家的差距正在逐渐缩短,中国芯一定会来,只是早晚的问题。

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