有問有答：CPU工藝與性能是一種什麼樣的關係？

半導體的支持工藝和CPU的性能關係就大了，它關係到CPU內能塞進多少個晶體管，還有CPU所能達到的頻率還有它的功耗，1978年Intel推出了第一顆CPU——8086，它採用3μm（3000nm）工藝生產，只有29000個晶體管，工作頻率也只有5MHz，而現在晶體管數量最多的單晶元CPU應該是Intel的28核Skylake-SP Xeon處理器，它擁有超過80億個晶體管，而頻率最高的則是Core i9-9900K，最大睿頻能到5GHz，他們都是用Intel的14nm工藝生產的。

Intel 14nm工藝在性能、功耗方面繼續改進

CPU的生產是需要經過7個工序的，分別是：硅提純，切割晶圓，影印，蝕刻，重複、分層，封裝，測試， 而當中的蝕刻工序是CPU生產的重要工作，也是重頭技術，簡單來說蝕刻就是用激光在硅晶圓製造晶體管的過程，蝕刻這個過程是由光完成的，所以用於蝕刻的光的波長就是該技術提升的關鍵，它影響著在硅晶圓上蝕刻的最小尺寸，也就是線寬。

現在半導體工藝上所說的多少nm工藝其實是指線寬，也就是晶元上的最基本功能單位門電路的寬度，因為實際上門電路之間連線的寬度同門電路的寬度相同，所以線寬可以描述製造工藝。縮小線寬意味著晶體管可以做得更小、更密集，而且在相同的晶元複雜程度下可使用更小的晶圓，於是成本降低了。

更先進半導體製造工藝另一個重要優點就是可以提升工作頻率，縮減元件之間的間距之後，晶體管之間的電容也會降低，晶體管的開關頻率也得以提升，從而整個晶元的工作頻率就上去了。

另外晶體管的尺寸縮小會減低它們的內阻，所需導通電壓會降低，這代表著CPU的工作電壓會降低，所以我們看到每一款新CPU核心，其電壓較前一代產品都有相應降低。另外CPU的動態功耗損失是與電壓的平方成正比的，工作電壓的降低，可使它們的功率也大幅度減小。

另外同種工藝的概率也是相當重要的，Intel自2015年14nm工藝投產以來已經發展到了第三代，Intel一直在改進工藝，在不提升功耗的情況不斷提升性能，14nm 工藝比初代14nm工藝性能提升26%，或者功耗降低52%。

實際上AMD Ryzen處理器現在所用的12nm工藝本質上也只是GlobalFoundries的14nm工藝的改良版，也就是原計劃的14nm ，晶體管密度並沒有提升，但在性能方面有所改善，最高工作頻率提升了250MHz，而同頻下Vcore下降了50mV。

多年前Intel對自家半導體工藝的進展預期，此處應該有個滑稽的表情

總的來說半導體工藝是決定各種集成電路性能、功耗的關鍵，線寬的縮小晶體管密度得以提升從而降低了成本，其次就是晶體管頻率提高，性能提升而功耗降低。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！