硅原子
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1海里是这条线的终点吗?当然,科技并非如此。
首先,让我们来谈谈“1nm是芯片的终结”是如何产生的。
众所周知,一个芯片的内部实际上是由数十亿甚至数百亿个“晶体管”组成的,而晶体管更常被称为电路开关。(处理器能够处理信息是因为这些开关,机器代码使用二进制010101来对应这些开关的打开和关闭。)
我们听到如5 nm, 7海里的过程,本质上是指在这些晶体管栅极的宽度(5 nm过程晶体管栅极宽度为5 nm, 7海里过程7海里等等)所以门的宽度越小,单位面积可以容纳更多的晶体管、晶体管的数量是衡量处理器性能的核心指标,从理论上讲,晶体管越多,处理器的整体性能越强,这个应该很好理解,毕竟,有更多的力量,芯片也是一个道理。
例如,采用5nm技术的麒麟9000有153亿个晶体管,而麒麟990有103亿个晶体管,因此麒麟9000比麒麟990要好得多。这是晶体管数量增加的结果。
此外,栅格级的宽度越小,栅格级之间的电容越低,这意味着芯片功耗会降低。
这意味着芯片设计者可以在不改变功耗的情况下提高处理器的时钟频率(即主频率),而主频率的提高可以大大提高处理器的单核性能。
因此,处理器技术的改进本质上是增加晶体管阵列密度和降低功耗的过程。
在澄清了芯片工艺改进的本质之后,我们来谈谈“1nm工艺是芯片的终结”这句话的由来。
根据上面提到的知识,我们可以知道1nm的技术意味着晶体管中栅极级的宽度只有1nm。目前,所有的半导体芯片基本上都是以硅为基材,而硅最基本的组成部分是硅原子的直径为0.24纳米。
也就是说,在1nm处,晶体管栅极的宽度大约是四个半硅原子,这是非常非常薄的。
在这种情况下,硅栅格的电阻会无限接近零,如果没有电阻,它怎么能阻止电子呢?因此很容易产生功率浪涌和电子击穿(这在7nm处已经很明显),从而影响芯片的实际应用。
因此,对于硅基单栅芯片来说,别说1nm工艺,2nm是一个屏障,3nm很可能是硅芯片的终结。
这就是1nm工艺的用武之地。
但注意,这是针对硅基芯片的。
但是硅并不是唯一一种可以用来制造芯片的半导体材料。我们也可以用新的半导体材料代替硅。
比如最新的二硫化钼晶体管就是一个不错的选择,因为二硫化钼晶体管对于电子的控制能力比硅强,即使在1nm工艺上也能起到阻挡电子的目的,非常适合硅的替代。
还有很多其他的,比如碳基芯片,现在也很热门,是硅的一个很好的替代品。
其次,我们可以处理网格的数量,如下图所示。我们也可以在其他方向堆叠网格,因为处理器的性能本质上取决于网格的数量。这种技术在业界被称为gate -全能fet立体网格技术,三星和台积电已经在使用这种技术。
最后,还有一个最简单的方法就是增加芯片面积和采用级联的方式,这样也可以大大增加晶体管的数量,从而提高芯片的性能,麒麟9000板载面积比麒麟990大很多,如果不行,也可以外接,以后大了,CPU、GPU和基带都是独立的。这降低了功耗,这正是苹果a系列处理器所做的。总之,我们可以放心,1nm不是终点。
希望能帮到你
1纳米的长度大约等于9个硅原子排列,硅原子的表面包裹着电子。根据这种情况,1纳米的工艺应该是硅的极限。如果体积更小,则无法实现半导体的功能,进一步发展需要另寻更合适的半导体材料
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