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芯片的集成度越高越好吗?

GGB13666 | 2017/9/1 9:37:30

经常听人说到英特尔的集成工艺又提升到了22纳米,16纳米之类的,但是晶体管的尺寸真的是越小越好吗?16纳米真的比22纳米更优越吗?22纳米真的又比30 纳米更优越吗?优越在哪些方面?


  • 刘天奇  |   2017/9/4 17:31:20

    自集成电路诞生的那一天起,它的集成度就一直走着一条越来越高,从不回头的道路。方家总结其规律,遂有“摩尔定律”。但是,摩尔定律只是描述了集成度越来越高的现象,而真正驱动这一表象的是对盈利追求所带来的激烈竞争。

    简单说来,集成度增加带来的好处有:

    同样复杂度的芯片面积大约可以减少一半(此处不考虑是core-limit还是pad-limit,只是就逻辑而言)。这相当于,同样价格的芯片,用新工艺可以降低大约一半的制造成本(不考虑NRE);

    或同样面积的芯片可以提供双倍的计算能力。这相当于,同样成本的芯片,可以卖出两倍的价格;

    更好的制程带来更低的功耗,因为驱动电压降低了,而动态功耗和电压的平方成正比。同样的性能,如果功耗更低,那么待机时间越长,就可以卖出更高的价格;

    但我觉得更重要的是时钟频率的增加。工艺越先进,延时缩短,芯片能够做到的最高时钟频率增加。不知道大家是否还记得那个CPU一代主频比一代高的时代。而且低功耗对手持设备意义更大,像CPU、GPU这类用在台式机里面的芯片,当时对性能的追求远远超过对低功耗的追求。那时候只听说有人研究如何冷却CPU、GPU,根本没人要求低功耗。大家应该还记得,最新的CPU总是卖得很贵,Intel的gross margin都在60%以上。

    半导体产业是一个竞争很充分的行业。为了生存,为了追求更多的利润,这就逼着参与者必须不断地升级,跟上潮流,不被淘汰。这也就带来了摩尔定律所描述的现象,同时也让消费者得到了实惠。所以,我们可以说集成度越高越好,晶体管尺寸越小越好。

    需要注意的是,技术的升级是需要投入大量研发资本的。在之前的世代,人们寄希望于盈利可以超过投入。然后,随着尺寸的越来越小,投入成本越来越大,也许有一天就会入不敷出。那一天应该就是摩尔定律终结的日子。只要科学和技术的发展,仍能为我们找到盈利之路,那么摩尔定律还是有可能继续下去的。


  • Listen吖礼森  |   2017/9/8 15:26:54

    对于digital,工艺先进一代,面积小一半,意味着寄生减小,性能提高功耗减小。从analog的角度来说,先进工艺并不是好事情。但是不管怎样,全集成设计会减小成本,比如片外的电感和low-esl电容就很贵,总归是大趋势。像我们现在在做的全集成DC-DC converter就是这个目标。