欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  科技

CPU工艺与性能是一种什么样的关系?

程序员文章站 2022-06-19 09:08:35
本文转载自,其他媒体转载需经超能网同意 半导体的支持工艺和cpu的性能关系就大了,它关系到cpu内能塞进多少个晶体管,还有cpu所能达到的频率还有它的功耗,1978年...

本文转载自,其他媒体转载需经超能网同意

半导体的支持工艺和cpu的性能关系就大了,它关系到cpu内能塞进多少个晶体管,还有cpu所能达到的频率还有它的功耗,1978年intel推出了第一颗cpu——8086,它采用3μm(3000nm)工艺生产,只有29000个晶体管,工作频率也只有5mhz,而现在晶体管数量最多的单芯片cpu应该是intel的28核skylake-sp xeon处理器,它拥有超过80亿个晶体管,而频率最高的则是core i9-9900k,最大睿频能到5ghz,他们都是用intel的14nm工艺生产的。

CPU工艺与性能是一种什么样的关系?
intel 14nm工艺在性能、功耗方面继续改进

cpu的生产是需要经过7个工序的,分别是:硅提纯,切割晶圆,影印,蚀刻,重复、分层,封装,测试, 而当中的蚀刻工序是cpu生产的重要工作,也是重头技术,简单来说蚀刻就是用激光在硅晶圆制造晶体管的过程,蚀刻这个过程是由光完成的,所以用于蚀刻的光的波长就是该技术提升的关键,它影响着在硅晶圆上蚀刻的最小尺寸,也就是线宽。

现在半导体工艺上所说的多少nm工艺其实是指线宽,也就是芯片上的最基本功能单位门电路的宽度,因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同,所以线宽可以描述制造工艺。缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集,而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆,于是成本降低了。

更先进半导*造工艺另一个重要优点就是可以提升工作频率,缩减元件之间的间距之后,晶体管之间的电容也会降低,晶体管的开关频率也得以提升,从而整个芯片的工作频率就上去了。

另外晶体管的尺寸缩小会减低它们的内阻,所需导通电压会降低,这代表着cpu的工作电压会降低,所以我们看到每一款新cpu核心,其电压较前一代产品都有相应降低。另外cpu的动态功耗损失是与电压的平方成正比的,工作电压的降低,可使它们的功率也大幅度减小。

CPU工艺与性能是一种什么样的关系?

另外同种工艺的概率也是相当重要的,intel自2015年14nm工艺投产以来已经发展到了第三代,intel一直在改进工艺,在不提升功耗的情况不断提升性能,14nm++工艺比初代14nm工艺性能提升26%,或者功耗降低52%。

CPU工艺与性能是一种什么样的关系?

实际上amd ryzen处理器现在所用的12nm工艺本质上也只是globalfoundries的14nm工艺的改良版,也就是原计划的14nm+,晶体管密度并没有提升,但在性能方面有所改善,最高工作频率提升了250mhz,而同频下vcore下降了50mv。

CPU工艺与性能是一种什么样的关系?
多年前intel对自家半导体工艺的进展预期,此处应该有个滑稽的表情

总的来说半导体工艺是决定各种集成电路性能、功耗的关键,线宽的缩小晶体管密度得以提升从而降低了成本,其次就是晶体管频率提高,性能提升而功耗降低。

CPU工艺与性能是一种什么样的关系?