14納米芯片已經(jīng)夠用，為什么要研發(fā)7納米？原因已正式確認(rèn)！

目前半導(dǎo)體行業(yè)，并不是所有的芯片類型都對7納米有強烈的需求。14納米芯片已經(jīng)夠用，為什么要研發(fā)7納米？除了普通的吃瓜者，業(yè)內(nèi)一些人也提出了這個問題。許多人認(rèn)為，對于許多產(chǎn)品來說，14納米甚至28納米就足夠了。畢竟，7納米不是大多數(shù)市場的要求。

那么，為什么芯片公司要花費更多的成本和精力，開發(fā)7納米甚至5納米的工藝技術(shù)呢？7納米被認(rèn)為是半導(dǎo)體技術(shù)的里程碑，7納米技術(shù)具有許多優(yōu)點，如可以將產(chǎn)品面積減少近一半，芯片性能提高10%，能耗降低40%。

展望未來，隨著5G和人工智能技術(shù)的發(fā)展，5G智能終端、虛擬現(xiàn)實、可穿戴設(shè)備、區(qū)塊鏈、人工智能等產(chǎn)品的成熟應(yīng)用，將對芯片性能、能耗和計算能力提出更高的要求。為了抓住市場機遇，芯片制造商迫不及待地推出了自己的7納米芯片或處理器。

另一方面，芯片制程的發(fā)展也給傳統(tǒng)市場帶來了革命性的顛覆，例如，蘋果公司因為AirPods迎來第二次黃金時代。去年10月，蘋果發(fā)布了新的具有降噪功能的無線耳機——AirPods Pro，在中國售價高達(dá)1999元，雖然價格非常昂貴，但是AirPods Pro在全球市場上經(jīng)常賣缺貨。

目前，蘋果TWS耳機已經(jīng)占據(jù)了50%以上的市場，無線耳機已經(jīng)成為蘋果增長最快的產(chǎn)品線。一些內(nèi)部人士預(yù)測，蘋果未來無線耳機的銷量可能會達(dá)到蘋果手機的水平，每年約有2億部。只靠一種產(chǎn)品——AirPods，預(yù)計明年將為蘋果公司帶來200億美元的收入。根據(jù)20倍硬件公司的市盈率，如果蘋果將AirPods項目分開上市，它的收入和利潤就能支撐萬億的市值。

蘋果無線耳機能夠“逆風(fēng)翻轉(zhuǎn)”，是由于AirPods搭載了一款名為H1的芯片，這也是蘋果為耳機產(chǎn)品開發(fā)的第一款芯片組，采用了先進(jìn)制程工藝。當(dāng)前，其他制造商使用的大多數(shù)藍(lán)牙芯片工藝都集中在28納米到12納米之間。隨著市場需求驅(qū)動的藍(lán)牙芯片制造工藝的發(fā)展，未來，為了在更小的芯片中集成更多的功能和應(yīng)用，各廠商將逐步推動藍(lán)牙芯片向7納米甚至5納米的制造工藝發(fā)展。

中芯國際也很清楚這一趨勢，所以也向先進(jìn)制程工藝靠攏，并在2018年訂購了EUV光刻機，為更低的制程工藝做準(zhǔn)備。據(jù)說這個制程工藝就是7納米。

7納米制程不僅隱藏了巨大的商機，也給制造商帶來了新的挑戰(zhàn)，因為7納米工藝將采用新的EUV技術(shù)，傳統(tǒng)的光刻機將無法正常運行。美國竭力全力，阻止光刻機出口到中國，目的就是阻止以中芯國際為代表的晶圓廠進(jìn)入14納米以下的先進(jìn)制造工藝。

可以這樣理解，14nm工藝面積大，但也可以實現(xiàn)7nm一樣的性能，在功耗上要大很多，而且不適合小型化內(nèi)嵌。

可以舉個例子，在軍事實力上前蘇聯(lián)和美國差不多，美國的武器控制集成度高，體積小，蘇聯(lián)的武器都很笨重，但都可以實現(xiàn)一樣的遠(yuǎn)程攻擊和爆炸效果。

也可以這樣說，假如中國因為實體清單不能生產(chǎn)7nm以上先進(jìn)的芯片工藝，那么可以犧牲體積換性能，以后大家抱個體積稍大的手機依然可以達(dá)到現(xiàn)在的性能。

越來越低nm工藝制程成為了芯片設(shè)計上的追求，也是各芯片制造商不得不緊跟設(shè)計者的需要。

為何現(xiàn)在芯片設(shè)計廠商要追求越來越低的工藝制程，其主要目的是為了在同一大小塊芯片上容納更多的晶體管，增強芯片的性能。同時晶體管之間的間距減少，電容降低，開關(guān)頻率提升，速度更快更加省電。理論上把14nm芯片做到7nm芯片的性能是有可能的，但是要容納與7nm相同或者更多數(shù)量的晶體管，14nm芯片面積將會變得更大，而且能耗將會很高，在產(chǎn)品上將變得不實用。

比如手機芯片，在巴掌大的手機上如果芯片就占了半巴掌大，顯然是不實用的。所以各大芯片設(shè)計廠商拼命設(shè)計更多晶體管的芯片，制造廠商也拼了命的提升自己的工藝制程滿足芯片設(shè)計者需求。所以像臺積電、三星等，都在競爭生產(chǎn)及解決7nm、5nm，甚至3nm制程工藝，以求在未來占據(jù)主動。

芯片制程根本沒辦法用肉眼來觀察，就像是在硅原子上畫畫一樣，只能用納米來衡量電子元器件之間的距離。納米（nm），是nanometre的譯名，即為毫微米，是長度的度量單位，國際單位制符號為nm。一根頭發(fā)絲直徑約為０.１毫米，１０納米相當(dāng)于頭發(fā)絲的萬分之一。在當(dāng)前高端芯片制造中，各大企業(yè)都在圍繞縮小工藝制程“絞盡腦汁”。

在生產(chǎn)CPU過程中，要進(jìn)行加工各種電路和電子元件，制造導(dǎo)線連接各個元器件的生產(chǎn)精度，精度越高，生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細(xì)，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。

7納米芯片和14納米芯片的手機用戶體驗有啥不同？

如果以芯片制造工藝來看這個問題，或許感知并不是很強，但直接轉(zhuǎn)換到具體的芯片和對應(yīng)的手機上，那就非常明顯了。

首先是7nm制造工藝的芯片，比如目前的蘋果A13芯片、驍龍865芯片、麒麟990芯片。

其次是14nm制造工藝的芯片，蘋果在A9芯片使用過三星的14nm制程，而在A10回到臺積電16nm制程，A11直接躍到10nm制程。麒麟960使用16nm制程，麒麟970使用10nm制程。比如iPhone11和iPhone8（10nm）對比，已經(jīng)是隔代產(chǎn)品，雖然iPhone8雖然日常使用依然流暢，但是兩款機型還是有明顯感知。

而驍龍和麒麟芯片差距就大了。搭載麒麟990的華為Mate30和搭載麒麟960的Mate9已經(jīng)完全是兩種產(chǎn)品了。

雖然芯片制造工藝并不是決定性能的唯一因素，但是可以說占了大部分的因素，在使用14nm芯片的手機時或許會認(rèn)為體驗是非常好的，然而如果使用了現(xiàn)在的新手機再回去體驗舊手機，差距是非常大的。

缺芯之痛”，不但是中國半導(dǎo)體行業(yè)之痛，也是民族產(chǎn)業(yè)之痛。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中國集成電路產(chǎn)品連續(xù)多年每年進(jìn)口額超過2000億美元，一旦缺“芯”，可以想象會面臨什么困難。

無論是設(shè)計還是加工工藝上，7nm芯片都代表著先進(jìn)的技術(shù)，能讓終端能耗更低、速度更快。我們雖然能設(shè)計、研發(fā)7nm芯片，但是我們的企業(yè)無法自己量產(chǎn)，還得由臺積電代工生產(chǎn)。因為光刻機精度仍是芯片制造行業(yè)的卡脖子環(huán)節(jié)。光刻機是制約集成電路技術(shù)發(fā)展的重中之重，核心技術(shù)中的核心，被冠以“工業(yè)皇冠上的明珠”的稱號。

目前，世界上80%的光刻機市場被荷蘭公司占據(jù)，高端光刻機也被其壟斷。中國在努力追趕，但仍與國外存在技術(shù)代差。我們要正視與蘋果、高通等行業(yè)巨頭的差距，并且要用自身的科技創(chuàng)新，通過踏踏實實的努力，一步步來實現(xiàn)我們在芯片制造領(lǐng)域的突圍。

芯片由四個環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別是芯片設(shè)計、晶圓生產(chǎn)、芯片封裝和芯片測試，不過封裝與測試一般在一個環(huán)節(jié)，所以通常我們說的芯片，就是通過設(shè)計、生產(chǎn)和封測三個環(huán)節(jié)，設(shè)計主要是利用架構(gòu)進(jìn)行自主設(shè)計，然后交由日圓生產(chǎn)企業(yè)來做。

晶圓企業(yè)需要建立生產(chǎn)線，投入很大，少數(shù)數(shù)十億，多則數(shù)百億，而且需要在工藝上進(jìn)行研發(fā)，才能按照設(shè)計代工出芯片產(chǎn)品來，也就是說，如果設(shè)計出了7NM的芯片，但是代工的達(dá)不到，就產(chǎn)不了，所以我們看到華為有自己的7NM芯片，但中芯國際還代工不了，就只能交給臺積電來代工。

中芯國際去年已經(jīng)成功量產(chǎn)14NM芯片，7NM的也在加速研發(fā)，但問題是7NM以上的工藝用DUV光刻機就可以生產(chǎn)，而7NM以下的工藝需要用引入極紫外光（EUV）光刻技術(shù)，而目前全球只有荷蘭的ASML公司能生產(chǎn)EUV光刻機，中芯國際在2018年就從ASML訂購了一臺EUV，由于美國從中作耿，因種種原因，直到現(xiàn)在都還沒有交貨。

很多人會想，那么既然14NM的芯片已經(jīng)夠用了，為什么非要開發(fā)7NM，甚至5NM和更小的芯片呢？兩者有什么差別？

對于14NM和7NM，是從芯片的制造工藝方面來定義的，對于兩者來講，肯定是7NM技術(shù)制造出來的芯片性能更優(yōu)越，在相同的面積中所集成的晶體管越多，芯片的整體性能就會越高。比如以電腦處于器為例，用7NM技術(shù)制造的CPU肯定比14NM技術(shù)的CPU在晶體管數(shù)量方面、處理速度方面，以及最重要的功耗方面和溫升方面會高出一個數(shù)量級。

因此，用7NM制程制造的芯片在各個方面會全面超過14NM制造的芯片，使得各種性能得到提升，從而讓使用芯片的設(shè)備性能得到整體提升。

當(dāng)然，如果僅從實用角度來說，可能兩者的差別并不大，但在科技領(lǐng)域，本身就需要不斷研發(fā)，不斷創(chuàng)新，突破過去的極限，才能實現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步。也許現(xiàn)在我們從經(jīng)濟(jì)角度的價值看，沒有必要去研發(fā)和使用7NM的技術(shù)，但如果過了幾十年幾百年之后，有可能到時7NM的芯片如同我們現(xiàn)在看幾百年前的工業(yè)機器一樣。

如果不能進(jìn)行技術(shù)突破，一直停留在14NM，那么用不了多久，技術(shù)水平就會被其他國家甩在后面，所以我們需要不斷研發(fā)，盡快突破EUV的限制，在芯片產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)國產(chǎn)自主化，才能在未來的科技進(jìn)步中占據(jù)主動。

這不是絕對的，性能主要是取決于你的設(shè)計和架構(gòu)，工藝只能保證同等條件下，發(fā)熱和性能。當(dāng)你的架構(gòu)不好的同時，14nm一樣可以吊打7nm，就好比你用x86的i3，隨便吊打一切移動版arm處理器。所以，性能跟工藝沒有必然聯(lián)系，工藝好可以一定程度上提高性能，但主要影響性能的還是架構(gòu)。

一、所謂的芯片14nm或7nm是什么意思？

關(guān)于芯片，大家都喜歡談工藝，比如14nm、7nm、5nm等等，因為數(shù)字越小，表示越先進(jìn)，那么這些數(shù)字究竟是什么意思？

首先要理解的是，芯片是由晶體管構(gòu)成的，而晶體管的大小是不變的，至于14nm、7nm的工藝，是指晶體管門電路的寬度，而不是晶體管的大小，或者你就換一種說法，就是晶體管與晶體管之間的距離好了，這樣更容易理解。

當(dāng)工藝越先進(jìn)，那么這個距離就越小，那么同樣面積下，晶體管就會越多，做到越密集，工藝主要就體現(xiàn)在這里了。

二、14nm和7nm的芯片對比

14nm的芯片和7nm的芯片一對比，那么同樣面積下，14nm的芯片明顯晶體管就會少很多，這樣性能就會差一些，而7nm的芯片晶體管就會多，性能自然就會好一些。

如果保證晶體管數(shù)量一致，那么14nm的芯片就會更大，7nm的芯片就會更小一些。

此外，還要考慮的是，因為制造工藝的提升，芯片的頻率就可以提高，功耗可以變得更低一點，所以就算14nm和7nm的晶體，做成晶體管一樣的，性能也不會是差不太多的，而是有區(qū)別的，7nm的芯片會好一些。

一般來講，芯片的制程越小，晶體管就越小、所能容納的晶體管的數(shù)量就越多，所以芯片的性能就越好。同時芯片的制程越小，電阻越小、耗能越低，所以芯片工作時產(chǎn)生的熱量越小，手機就越省電。

所以芯片制程的升級，無論是對于芯片的性能來說，還是功耗來說，都起到了非常重要的作用。

14nm芯片與7nm芯片有多么的大差距？

14nm芯片與7nm芯片之間有著1-2代的差距，所以它們之間的差距還是非常大的。

如果在芯片面積相同的情況下，7nm芯片所能集成晶體管的數(shù)量要比14nm芯片多很多。這樣來說，芯片的性能就越好。

如果在晶體管數(shù)量相同的情況下，7nm芯片的面積要比14nm芯片的面積小很多。

不可否認(rèn)的是芯片的制程工藝越先進(jìn)，性能以及功耗就越好。但是對于大多數(shù)的芯片來說，14nm工藝已經(jīng)夠用了。目前除了手機處理器，大多數(shù)芯片還都在12—14nm工藝。從目前芯片代工廠來看，就可以看出這一點。目前除了臺積電與三星，其余大多數(shù)的芯片代工廠還都停留在14nm工藝水平。

但是對于手機來說，芯片制程工藝是非常重要的。因為手機對于芯片以及體積的要求比較高，總不能芯片的體積像磚頭一樣大吧。尤其是對于5G手機來說，芯片制程就更為重要。5G手機發(fā)熱要比4G手機更加嚴(yán)重，如果使用比較落后的制程工藝，那么手機發(fā)熱更加嚴(yán)重。毫不夸張的說，14nm工藝很難做出一款5G處理器。

我國大陸中最好芯片代工廠是中芯國際，目前中芯國際最好的技術(shù)就是14nm工藝，在今年4月份就已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)，榮耀發(fā)布的榮耀Play 4T使用的麒麟710A處理器就是采用的中芯國際14nm工藝。受臺積電方面的影響，不僅僅是手機處理器，華為其他芯片也由臺積電轉(zhuǎn)移到了中芯國際。中芯國際的N+1工藝也有望今年年底實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，對于N+1工藝大家可能比較陌生，中芯國際的N+1工藝與平常我們所說的7nm工藝是差不多的。

臺積電目前最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝是5nm，即將發(fā)布的麒麟1020處理器與蘋果A14處理器都是采用5nm工藝制成。中芯國際與臺積電之間的差距，主要原因在光刻機上。

芯片是由光刻機制造的，而全球高端光刻機基本被荷蘭ASML公司壟斷了，只有這家公司可以做出頂級的光刻機。但是由于《瓦森納協(xié)定》，西方國家比較精密的儀器是禁止向我們出口的。所以中芯國際買不到最好的光刻機，只能買到比較落后的光刻機。

7nm制程的芯片，性能可比14nm制程強的不是一星半點。

在計算機行業(yè)有一個著名的定律——摩爾定律：計算機硬件的性能每18個月翻一番。這個定律放在手機行業(yè)上也基本適用，而手機CPU的更新速度實際上還要更快一點，基本上每年都會出新品。

7nm的芯片究竟比14nm強在哪些方面？

首先糾正一個誤區(qū)，很多人都以為14nm，7nm說的是芯片的大小。實際上，這些制程指的是蝕刻工藝的電路間距。制程越小，電路間距的距離就越窄，能夠容納的晶體管就越多。而晶體管越多，意味著芯片的算力就越強大，性能就越好。另外，有些人認(rèn)為晶體管越多，芯片的功耗就會越大。這個說法是不對的，恰恰相反，采用7nm制程的手機芯片的耗電量可能更小一些，二者間并沒有絕對的線性關(guān)系。

如果從7nm退回14nm，會有哪些影響

盡管現(xiàn)在4G仍是主流，但5G已經(jīng)是必然，其影響也會體現(xiàn)在芯片行業(yè)上。以華為做例子，大家都知道華為在5G市場上做的很好，但是，如果從7nm退回至14nm，對終端的影響將會非常大，具體體現(xiàn)在性能的下降，耗電的增加，華為本身現(xiàn)在海外市場就收到打壓，造成的影響可以說是毀滅性的。

簡而言之，芯片設(shè)計回退到14nm，配置該芯片的性能下降是全面的，包括GPU、CPU和通信性能都會下降。俗話說由奢入儉難。不過，如果真的逼到退無可退，14nm制程的芯片還是能夠滿足我們的基本需求。

很簡答的理解，CPU的大小是固定的，就是那么大的面積。你的工藝越先進(jìn)，就能生產(chǎn)出更小的核心，核心越小，同樣的面積能容納的核心數(shù)量就更多�？h城數(shù)量也要更多。

舉個例子：

AMD的7納米工藝可以生產(chǎn)出16核心32線程的CPU，這樣的CPU無論在性能上和多任務(wù)處理上，都要領(lǐng)先inter一大截。

所以按照道理，AMD要強于INTER

但是問題也來了：

很多人并不能使用那么多的核心和線程，但是個別的核心的性能發(fā)揮很重要。比如打游戲。

雖然核心多，但是很多核心都在休息的狀態(tài)，個別核心又要累死，這樣其實核心多，反而限制了CPU的發(fā)揮。

更嚴(yán)重的就是發(fā)熱和功耗的問題，隨著核心和線程數(shù)量的增加，電力功耗增加，發(fā)熱也增加，所以對散熱要求就更好。如果沒有好的散熱CPU就會被迫降頻，那就是得不償失。

所以各有所長，和各有有缺。不能一概而論孰好孰壞。