7nm工艺是什么意思（为何数字越小越好）

大家好，我是bonjour呼呼，苹果正式发布了iPhone12系列，而最令人瞩目的当然是这颗首次使用了5nm制程工艺的A14处理器，过几天的华为最新的Mate40系列使用的麒麟9000处理器，也同样是5nm的制程工艺。

我知道很多小伙伴一说起处理器，总是会想到什么4核8核之类的，还有就是频率是3.0GHz，5.0GHz等等参数，而对制程工艺这个词可能并没有那么了解，但其实这个数字极其重要。

那么今天，我就来尽量用最通俗的语言以及使用比喻来解读一下，可能并不会特别精准，但目的主要是为了让大家能听懂。

并且为了方便，我之后说到CPU或者处理器或者芯片，代表的都是一个意思。电脑的就是intel AMD什么的，手机的就是苹果骁龙麒麟之类的。其中电脑的芯片，大约火柴盒大小，手机的芯片，大约也就指甲盖的大小，外观上有点像一个薄薄的金属片。

制程工艺详解

首先这个制程工艺就是我们总看到的什么14nm，10nm，7nm，到最新的5nm，数字越小越好。

处理器上有非常非常多的晶体管，目前最新的能超过100亿个之多，每个晶体管其实本质上就是一个开关，开代表1，关代表0，靠着二进制的1和0来排列组合出各种各样的信息，这也是计算机运行的底层逻辑。因为开关它表达的内容仅仅是一种状态，就是开，或者关，所以并不存在程度的问题。所以其实开关的大小是无所谓的。

我们可以把芯片比喻成一个操场上，操场上站了很多的人，每个人代表一个晶体管，他们每个人需要做的只有一件事，就是做一个动作，站着代表1，躺在地上代表0。刚才说过，这个动作仅表示状态，并不考虑程度。所以并不存在高个子的1比小个子的1要厉害这种说法。

这个制成工艺就可以理解为这个人的身高或者是体积，制程工艺数字大，可以理解为操场上全是巨人，那么就只能放下比较少的人，制程工艺数字小，可以理解为操场上全是小人族，就能放下比较多的人。人数越多，就相当于晶体管数量越多，就能组合出更多的可能性，整个操场的计算效率也自然就会越高。

并且，由于体积小，小人族想要改变自己的状态，消耗的能量也会比巨人族要低很多。

这就是为什么，制程工艺是越小越好，因为制成工艺的提升，不但能让性能提升，而且还能让能耗变低。所以可想而知提升制程工艺的好处有多大。

为什么处理器不做大一些？

我知道，这个时候可能会有人问，想要多的晶体管，为什么非要提升制程工艺，把芯片做大一些不是更简单吗？有的小伙伴还会想，对于手机来说，机身空间确实寸土寸金，可以理解，但为什么电脑，尤其是台式机，也不把CPU做得大一些呢？

我感觉这里面有两个主要问题

1，从成本和良品率的角度来考量

其实也并不是没有做得比较大的处理器，比如intel的X299平台和AMD的线程撕裂者平台，但是它们的成本都比较高。

因为芯片制作过程是把材料先做成这样的一个圆柱状的东西。

然后切成片，有点像我们在切火腿，切成的每一个圆片叫做一个晶圆，再在这个晶圆上切割出来很多的小块，也就是我们熟悉的处理器了，这些处理器当然都是方形的。

我们首先就可以发现，一方面，如果方块的面积大，则边上浪费的材料就比较多。

而另一方面，在制作过程中，难免出现一些坏点，那其实就意味着拥有这个坏点的处理器就不合格了。

我们可以想象成在这么大的一块饼上撒了一些芝麻，有芝麻的就代表坏掉了。

我们假设这两种情况，第一种，也就是左边这个，计划要做44块比较大的处理器，第二种做121块比较小的处理器，一共会出现20个坏点，坏点的位置也都一样。

第一种情况，坏掉了15块，良品率66%，第二种情况坏掉了21块，良品率83%。

可以很明显的发现，第二种情况的良品率要高很多。

所以这是从成本上来考虑，处理器不宜做得过大。

2，单核性能难以提升

另外一个问题就是，大家应该发现过一个问题，无论手机也好，电脑也好，我们经常看到处理器性能的提升，很多时候都是因为核心数增加带来的，而并不是单个核心的性能有很大的提升。像刚才提到的intel的X299平台和AMD的线程撕裂者，也都是有很多的核心，什么18核，32核，甚至到64核，而单核性能相比普通的家用平台，也并没有什么提升，为什么会这样呢？

大概可以理解为这样的情况，很多很多个晶体管，比如说5亿个晶体管，通过各种排列组合，组成了一个结构很复杂的机器人，它能完成很多工作，每一个晶体管都可以理解为组成这个机器人的一个零件。这个机器人的结构就是我们经常听说的处理器的架构。

我们想要更快的完成更多的任务，最简单的方法就是，多造几个这样的机器人，比如让2个，4个，8个机器人同时来工作。也就是我们所理解的双核，4核，8核，用这种方法提高效率简单粗暴，当然，增加核心这种方法虽然很简单，但这样带来的问题是功耗肯定也得提升。

而事实上我们日常的很多操作考验的是单核性能，对于很多软件来说，并没有对多核进行优化。比如说你就想要做一道菜，由于做菜有固定的工序，锅可能也只有一个，4个厨师并不会比1个厨师有明显的优势。当然，其他3个厨师可以帮忙切个菜什么的，能分担一些工作，但效率绝对不仅仅是乘以四这么简单。

而如果想提升单核的性能就复杂多了，这相当于要让这个厨师的厨艺有所提升，这显然比多找几个厨师要困难得多。用机器人的例子就可以理解为，要去重新设计那个机器人的结构，进行改装，让它有更强的能力，所以，虽然晶体管的数量有所增加，更多的零部件也能让机器人的结构设计有更多的可能性，但绝对不是简单的多30%零件就能提升30%效率的情况。

因此，单核性能的提升要困难得多，所以我们目前最简单有效的方法就是提升频率。相当于这个机器的结构或者这个厨师的厨艺并没有改变，只是干活的速度提升了。

所以，大家可以发现：

一是成本和良率方面的考虑

二是由于单核性能提升比较困难

而大部分软件也并不能非常有效的利用多核心来提升效率，所以普通家用的设备也就没必要把芯片做大来靠面积取胜。而提升制程工艺则在带来晶体管数量上的优势的同时，还可以让能耗降低，可以说是，除了技术难度很高之外，全都是好处，所以不断的提升制程工艺才成为了每个芯片厂商所追求的方向。

好啦，那么今天的内容就到这里了，希望能对大家有所帮助，如果你喜欢我的文章，不要忘了在各大平台关注我，ID都是bonjour呼呼，感谢大家的时间，我们下期再见，拜拜~