为什么cpu制程工艺非要追求7nm、5nm甚至2nm，为什么要追求这么小

为什么cpu制程工艺非要追求7nm、5nm甚至2nm，为什么要追求这么小

在回答问题之前先科普一下CPU制程中的7nm、5nm是什么？

这里的7nm就是7纳米，代表着制程工艺。在整个芯片电路中，晶体管的栅极是最窄的线条，7nm，5nm工艺中的7nm，指的是晶体管的栅极宽度，通常也认为是晶体管导电沟道的长度，比如7nm指的就是栅极宽度。

可能很多人对纳米这一长度单位没有概念，简单换算一下，1cm（厘米）=10毫米，1厘米大概有多长呢？一个指甲盖都比这还长。然后1mm（毫米）=100万纳米，所以大家觉得，在5nm制程下，指甲盖大小的芯片上有150亿左右晶体管是不是很恐怖了。

那为什么要追求更小的制程工艺？

去年上半年发布的芯片基本上都是7nm，然后到了年底，基本上都过渡到了5nm工艺，大家可以看到，在性能、功耗等方面均有不同程度的提升，除此之外，还有更多好处，这也是为什么大家都这么执着于制程工艺的突破，想进到3nm，甚至1nm的制程工艺。

之一、制程越小，则性能越强

以麒麟980为例，这是7nm工艺，当时集成了69亿个晶体管；然后是7nmEUV时代的麒麟990，集成了103亿个晶体管；到了今年5nm的麒麟9000，晶体管直接升级到153亿个。如果从980到9000来看，5nm制程带来的提升已经翻了一倍不止。

所以单从数量来看，这种数量的暴增就可以带来直观的性能提升，这就是我们所说的堆料，非常简单粗暴，但却异常有效。

第二、能耗降低，减少发热

虽然晶体管数量上5nm比7nm增加了，但是单个晶体管的栅极变小却更节能了。

换句话说，以前两个7nm的晶体管，现在可以放下三个5nm晶体管，面积不变的情况下，栅极更小的晶体管能耗更低。这有点类似于以前的100W的普通灯和50W的节能灯，新款的OLED灯虽然功率更小，“灯芯”更多，但是亮度却更亮。

如果觉得还不够直白，那就把7nm比喻成胖子，5nm比喻成瘦子。一个胖子吃两碗饭，两个就是4碗。而瘦子一人吃一碗，三个人反而只吃了3碗，这就是节能。这也是为什么现在手机性能不断增强，在电池容量没怎么增加的情况下，续航时间还能持平的原因。

第三、减少芯片面积

这就很好理解了，同样的芯片尺寸，单个晶体管越小，那自然就装得越多。这就是为什么麒麟980有69亿颗，但到了麒麟9000就有153亿晶体管。

我们可以看到，在一些对芯片尺寸要求不是那么敏感的设备，更注重的是稳定性，散热和芯片尺寸都不是那么在乎，所以PC上的芯片尺寸就远远大于手机上的，所以散热风扇就越大，这也跟第二点的发热对上号了。

第四、容错率更低，性能更稳定

晶体管数量增加。工艺更先进后，单个晶体管的任务量就会下降，电压就会放低，不会产生超负荷运转的情况。

举个很简单的例子，同样是干活，是麒麟980的69个人干轻松还是麒麟9000的152个人轻松？大家都处于超低压状态工作，使用寿命很长，老化得很慢。这就是为什么往往挖矿的卡一直高性能使用报废得快的原因。

所以这样优势就很明显了，晶体管数量多，且工作负载小，那自然就稳定靠谱。

从科技发展的角度来说，大家对性能的要求是无止境的，所以对制程工艺的进步是无止境的，现在有人说3nm就是当前技术的瓶颈，但3nm显然不能满足社会的高速发展，或许未来几年，又会突破到下一个纪元。