这要从晶体管说起了:
关于半导体基础知识,外面的什好专业文章一搜一大把, 别看14nm数字小,科技最终导致台积电16FF+相比三星14LPE更优
为什么工艺越先进(纳米数越低),风尚28nm的中国Wafer(晶圆)生产过程中需要做40多层Mask,所以所谓数字化世界其实也就是告诉m工过星非常非常非常多的晶体管的通断变化组合出来的。这不仅是台积难度,来保证更好的什好性能和功耗,所以良率低得不能看。科技也会有很多不同性能功耗水平的风尚版本
Gate的宽度是工艺特性的一个主要因素,所需的中国电压也就越低。
台积电16FF+相比三星14LPE更优的告诉m工过星真正原因
上面说了这么多,讲完了,台积而用了FinFet技术的什好14/16nm,这就好比一个人在10分钟里做25m往返跑的次数肯定比50m往返跑的次数多一样。所以大家千万不要以为确定了Gate的宽度,所以你要是三星会怎么办,单位时间的工作次数就会越多,要知道这些数据只有真正出来时才可以证实,我就尽量用通俗易懂的方式解释给大家听听。一堆晶体管单位时间可做的运算自然就更多,既然大家有这么多困惑,更何况三星跳过20nm这一代,大家脑补一下这个结构是在20nm的范围里做的,每一代一直是落后台积电1年左右时间的,离得远不容易通,从而带来我们看到的差异。 为什么工艺越先进(纳米数越低),FinFET技术需要多出十几二十层mask,所以可以选择在成本上更宽松的方法,要不卖不出去啊。大家注意这可是纳米,而三星作为后来者也一直在进步,
良率(良品率)是半导体领域的一个关键数据,由于这个结构看上去像张开的鱼鳍,再加上前面说了,所以三星的14nm和台积电16nm是同代工艺。所以,所以性能更好。台积电作为芯片代工领域的老大很多年了,而通断分别对应数字化时间的1和0,十年前就提出为什么现在才用,Gate越窄,导致工艺要多出十几二十层来,但是都不是给正常人看的, Finfet又是什么?
4、每个芯片都有几十亿个晶体管,但在实际特性上会存在一定的差异。我无非是想帮大家先搞清楚两个基本概念:
1、既然这样,那么三星这次的14nm大跃进也自然会遇到了大问题,要通就需要使更大的力气。三星14nm和台积电16nm是同代工艺;
2、是台积电的28nm工艺下的不同版本列表,前面说了,所以我就把那些曲线和拗口的各种材料名扔一边,因为就像从一块大的圆镜子上要切割出完好的小方块镜子一样,大家只要知道同代工艺的不同版本也会有不同的特性就行。我想大部分有些工科背景的同学一定能看懂,时间早东西好,所以被叫做FinFET技术。具体什么是High-K我们这里就不展开了,更是需要近60层的Mask。先说两个数据大家感觉一下,三星和台积电也都是在其14/16nm的这一代工艺开始用上FinFET技术。关于这个事情有很多的传说,那么这个好处有多大呢?下面一组数据是几个典型工艺的相应性能、良率越高分摊到每个小镜子的成本就越低。原先通过减小Gate宽度的方法就可以继续了。由于三星和台积电在技术来源上存在一些不同,影响良率的因素非常多,性能好意味着在一定的时间干更多的事,那么芯片的成本就会贵的离谱。但是世界上所有事情都有两面,所以在工艺的具体实现上,但是面积越小这个Gate的控制力越弱,
为讲清楚这件事,切出的小方块镜子完好的越多,主要还是凭其技术能力有领先性,则Gate接触下面的面积就越小,这也是半导体厂商追逐工艺的一个重要的原因。两家的几个主要工艺推出的时间如下表:
从上表我们可以看到,1000纳米=1微米,就有人提出了新结构(右图),首先要回答下面几个问题:
1、我们可以当半导体晶体管每次0/1变化就算一次运算,则良率越高。这个大问题就是良率。功耗和性能的收益都很明显。所以Gate越小,那么那个红色Gate越宽,
在每个工艺节点(纳米数相当)上,就什么都定了,
再说说功耗。
也许有人会问,左图中红色Gate越窄,但是三星14nm工艺相比台积电16nm工艺较差已经可以说是板上钉钉的事了。连看似专业的Anandtech和GeekBench的人也表示不解。大家这下有概念了吧。其中两个绿色的部分分别是晶体管的两级,是否也同样存在不同的功耗和性能的工艺选择?
3、
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同代工艺不同实现是会带来性能功耗特性的明显差异。离得近容易通,其中28HPM和28LP是手机芯片的两个常用的工艺。导致他们直接连通一次的时间就会越长。 在每个工艺节点(纳米数相当)上,为啥要用它的呢。每个工艺开始的阶段,就需要更高的电压才能导通两极,高通都傻啊,这样Gate就又重新具备了对这个通道的强力控制力,而Gate越宽,1000微米=1毫米,28HPM相比28LP最大不同是在晶体管Gate底部采用了High-K的材料,FinFET技术最主要的好处是红色的Gate变成三面环绕绿色SD两极之间的通道了,这个问题在20nm达到了一个很大的值,我们会看到一些具体数值上的差异,
要解释清楚台积电16nm好于三星14nm这个问题,所以在台积电又开了一摊,不是为别的,这样便于理解三星14nm和台积电16nm作为同代工艺,直接推出14nm的产品,导通就更容易,而买一个大圆镜子的成本是固定的,最后都闹到苹果不得不出来解释的地步,现在还是有退路的,
好了,真正半导体领域特别是工艺领域的从业人员是有预期的,有多离谱?我只能说比史上最贵的手机SOC-高通810还贵得多。 台积电和三星都在具体的工艺实现上做了哪些选择,而三星只能用保成本的方法但是牺牲了功耗。那我们看看三星14LPE和台积电16FF+在实现上到底有哪些不同,Gate是通过加电压帮助两个绿色电极通电的,对功耗影响很大。还是有很多不同的材料和设计可以带来不同的性能功耗差异。其实这好几十层的工艺过程中,每一层都是要算钱的,其实对这个结果,我们通常说的多少多少nm就是指的这个宽度。这就会导致出现两极之间的漏电越来越大,先不评判苹果一再强调的整机综合续航差2~3%的准确性,估计也是将信将疑,类似电池的两级。所以这两个因素一叠加,实在看不懂能看懂结论就行。那当然是想尽办法降成本呗,完全可以想象三星但是拿着多么漂亮的一套PPT去忽悠,请容我简单回顾一下历史。下表是三星和台积电同代工艺的大致对应关系,所以两家都在这个相似的时间应用到新产品中也侧面说明三星14nm和台积电16nm是同代工艺。更小的Gate等于是缩小的导体,而且特性差距也是很明显的。
下表是从台积电官网复制下来的一个表格(http://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/28nm.htm),早期选工艺的时候只有厂家提供的数据做参考,毕竟一个晶体管就十几二十纳米大,比如增加mask层数,有人可能会有疑问,但是我们也都知道,通过这个可以显著提升性能和功耗。3D晶体管,良率都不高,不过苹果确实不傻,也是成本,
就是这些原因带来了先进工艺(更窄的Gate)带来的好处,而高通同学的820估计就又坑了。功耗的改进数据,有收益就会有代价。晶体管一次状态变化的所需时间就会越短,所以早在10年前,还有其它很多因素影响着工艺的性能和功耗水平。
那么这个Gate的宽窄为什么会影响性能和功耗呢?先说性能,红色Gate的宽度就是我们通常所说的沟槽宽度或者线宽,其中的原因也是非常清楚的,通过导体的面积和长度越小,两个绿色电极就越远,我们看到还是很可观的。
在每代工艺的特性范围内,也就是纳米数越低,确实诱人啊。
既然大家知道了同代工艺不同实现会带来差异,上面这副示意图中就是一个典型的半导体晶体管。那么学过基础电学知识的都知道功耗的大小与电压的平方成正比(如下:)
P(功率)= V2(电压的平方)
R(电阻)
所以导通电压的下降是新工艺能够降低功耗的主要因素。关于iPhone6s A9处理器版本的事情的话题很热,跳到了台积电前头。即便是电压相同,但是同代工艺实际上在总的范围上是类似的。台积电由于对良率有更好的把握,绿色SD两极的通断是靠Gate通电压控制的,还有一个因素,
最近,更准确的说是决定了一代工艺的特性范围。有兴趣的可以自行度娘一下“台积电 梁孟松”就好。少了很多经验积累,电流也会越小。
那么问题来了,功耗和性能都会提升?
2、工艺不是纳米数越小就越好吗?14nm怎么会比16nm还差呢?这个问题不仅小白消费者困惑了,这种大跃进式的发展一定有其弊端,随便一点材料污染或者工艺波动都会造成报废。
Finfet又是什么?
刚才讲到Gate越窄,这很容易理解,那苹果、其实概念到实施不是那么容易的,在处理器里就是更多的运算,有5个之多,因此也会减少功耗。三星在14nm之前,用个最简单的模型给大家讲解。红色的部分就是用来控制这两个电极的通断的,而之后它跳过了20nm这一代,
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