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臺積電 5 納米吊打英特爾 10 納米?別糾結了,這只是 “數字游戲”

2020-09-29 14:25:12 汐元 編輯:米雪 瀏覽數:3尊龙app认可ag发财网網

北京時間 9 月 16 日,蘋果在秋季第一場新品發布會上推出了自家新一代旗艦芯片 A14 Bionic,采用了臺積電的 5nm 制程工藝。而就在不久之前的 9 月 3 日凌晨,英特爾推出了 11 代移動酷睿處理器,采用的...

北京時間 9 月 16 日,蘋果在秋季第一場新品發布會上推出了自家新一代旗艦芯片 A14 Bionic,采用了臺積電的 5nm 制程工藝。

尊龙app认可ag发财网而就在不久之前的 9 月 3 日凌晨,英特爾推出了 11 代移動酷睿處理器,采用的仍然是 10nm 工藝,并且還用了 SuperFin 技術來改善上一代 10nm 的不足。

尊龙app认可ag发财网如果只從制程工藝推進的情況來看,英特爾已經落后臺積電兩代。

回想 2014 年英特爾推出首款 14nm 處理器的時候,臺積電還停留在 20nm。只是大家都沒想到英特爾在 14nm 節點上停留了 5 年,直到 2019 年他們才推出 10nm 的處理器。

尊龙app认可ag发财网在這 5 年時間里,臺積電后來居上,現在已經在工藝上領先了英特爾,明年他們就要上馬 3nm 了,而英特爾大概率還會在 10nm 上停留。

尊龙app认可ag发财网看到這里,IT之家小伙伴們可能要問,曾經領先的芯片巨頭英特爾,現在怎么就干不過臺積電了?

尊龙app认可ag发财网進而就會引出一些問題,例如:英特爾筆記本處理器上的 x 納米和我們手機上的 x 納米是一回事嗎?這 “x 納米”到底代表什么意思?

尊龙app认可ag发财网今天IT之家就和大家一起了解一番。

尊龙app认可ag发财网倒著推,我們首先要知道大家經常掛在嘴邊的 “x 納米”、“x 納米”到底是什么。

尊龙app认可ag发财网這個話題講細了,得涉及到半導體晶體管層面了。

尊龙app认可ag发财网還記得IT之家在《中國芯片新篇(二):跨越式進擊,第三代半導體》這篇文章里和大家講的 “PN 結”嗎?

大家在閱讀下面的內容前,一定先要看上面這篇文章的介紹,因為彼此緊密相連。

尊龙app认可ag发财网“PN 結”是制造晶體管要利用的基本特性,而晶體管和我們說的 “x 納米”緊密相關。

尊龙app认可ag发财网晶體管的種類有很多,具體內容相當復雜。為了方便大家理解,這里我們只抽取基本的原理來說明。

尊龙app认可ag发财网在上面這篇文章中我們講到,“PN 結”形成時,我們可以通過外置電壓來控制電流的通斷。

我們以一個 NPN 半導體三極管為例。

它是用兩個 N 型半導體夾住一個 P 型半導體,相當于將兩個 PN 結拼起來,顯然這時候整體是不導電的。

尊龙app认可ag发财网而且,由于這兩個 PN 結的內建電場是相反的,因此無論我們對整體施加正向還是反向的電壓,都只能打通其中一個 PN 結,無法讓整體導電。

那怎樣讓整體導電呢?答案是需要再增加一個電壓。

例如我們在左邊的 PN 結中引入電源,其中左邊的 N 型半導體施加負電壓,P 型半導體施加正電壓。

尊龙app认可ag发财网這時反向的外置電場就會打通左邊的 “PN 結”,讓自由電子從 N 流向 P。

其中有少許電子會沿著電源正極流向負極,然后回到 N,如此循環。

與此同時,在整體上,我們也施加電源,其中左邊的 N 型半導體施加負電壓,右邊的 N 型半導體施加正電壓,

這時候,剛才從 N 到 P 的電子有很大一部分會在電場力作用下跨過 P,來到 N,然后從電源正極流向負極,回到左邊的 N。

這時候,整體就導電了。

上面的介紹可能有些繞,大家可以輔助下面這張動圖來看:

調整第一個電源的電壓,就可以對整體電流起到放大或控制通斷的效果。

這就是晶體管工作的基本原理。

尊龙app认可ag发财网了解了這些,我們就來看看現在常用的 MOSFET(金屬 - 氧化物半導體場效應晶體管)是怎樣的。

下面是一種 NMOSFET 的橫截面圖示:

它由一塊 P 型半導體做襯底,然后在襯底左右兩邊挖兩個溝,“塞進”N 型半導體,構成了 “NPN”的結構,和我們剛才講的一樣。

左邊的 N 型半導體上有一個電極,我們叫它 “源極(Source)”,右邊的 N 型半導體上也有一個電極,叫做 “漏極(Drain)”,兩者中間還有一個電極,叫 “柵極(Gate)”。

我們的目標是讓電子從源極進入,經過中間的 P 型半導體,從漏極出來

能出來,說明晶體管通電,代表 “1”;

出不來,說明晶體管斷電,代表 “0”。

我們現在在源極加上負電壓,漏極加上正電壓,試圖讓晶體管通電。

但是,通過剛才的說明我們知道,由于 “PN 結”的存在,電子是不能經過 P 型半導體抵達漏極的。也就是沒法通電。

怎么辦呢?

我們就在中間的柵極上加一個正電壓。

參照剛才那個例子,這時候,電子就能穿過 P 型半導體,來到漏極了,也就是半導體通電了。

關掉柵極上的電壓,就又斷電了。

尊龙app认可ag发财网可以看到,這個柵極很重要,它起到控制晶體管通電和斷電的重要作用。

關鍵來了:這個柵極的寬度,其實就是我們所說的芯片的制程工藝

它的寬度為 14nm,就表明這個芯片的制程為 14nm,它的寬度為 5nm,那么這個芯片的制程就是 5nm。

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