手机的纳米制程到底啥意思，听说越小性能越好还越省电？
手机的纳米制程到底啥意思，听说越小性能越好还越省电？
手机CPU的制程工艺是影响其性能和功耗的关键因素。本文将为您详细解释什么是制程工艺，为什么制程越小性能越好还越省电，以及为什么不能简单通过增大芯片面积来提升性能。
半导体行业对于大部分人来说都是一个专业而遥远的行业，但是因为小米带出的手机风潮，让我们普罗大众开始接触到很多的CPU知识，无论是FinFET还是NM都是为了完善制程工艺所做的努力。而一款处理器的性能表现、散热效率、功耗等等都和制程息息相关。
通常我们所说的CPU的“制作工艺”指得是在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。通常其生产毫微米精度越高，生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。
在了解制程对性能的影响之前，我们先看下目前市场上的CPU都属于那些制程：
属于28nm的制程的CPU：骁龙652，骁龙653，海思麒麟920
属于16nm制程的CPU：麒麟950，麒麟655。联发科技HelioP20,苹果A10处理器
属于14nm的CPU:骁龙625，骁龙626，骁龙630，骁龙660，骁龙820，骁龙821
属于10nm的CPU：骁龙835,麒麟970
我们可以看出来，NM越低的CPU的性能会越好，能耗越低。可以看出制程对CPU具有很大的影响。
那么说了半天，制程到底是什么呢？我们知道CPU由很多部件构成，晶体管、电阻器、以及电容器等组合而成的电路。这些元件规格与众不同，因为单位体积非常小，肉眼都难于看清楚，在这些由元器件组成的“大军方阵”中，组件间的距离通常用毫微米进行衡量，为了更好的描述这个距离，业内统一单位为“纳米”（nanometers），也就是NM。
所以制程大小，其实就是组件之间距离的大小。这样显而易见：间距越小，在同样的条件下，布在芯片上的元器件就可以更多，性能就可以更强大。一个很简单的比方是，同一个操场上，间隔28米站一个人，那么可以容纳的总人数肯定是比 10米站一个人的少，而后者因为容纳的人越多，力量肯定就越大。另外一个问题就是，为什么制程越小，耗能会越低呢？这是因为缩减组件之间的距离之后，晶体管之间的电容也会更低，从而提升它们的开关频率。随着频率的提升，处理器所产生的热量也随之提高，而更先进的蚀刻技术另一个重要优点就是可以减小晶体管间电阻，让CPU所需的电压降低，从而使驱动它们所需要的功率也大幅度减小。这就是为什么每一代的新产品不仅是性能大幅度提高，同时还有功耗和发热量的降低。
所以制程越小，工艺就越先进，赋予CPU的性能就越有强大，能耗也会变得越低。这也就CPU厂家为什么会不断从28nm一直不断优化升级到现在的10nm，甚至传言有的厂家已经在研发5nm的工艺，可能估计不会很久，我们就可以看到5nm的CPU。
这里就会有聪明的小伙伴问了，既然缩小间距这么困难，那么我们直接通过增大芯片面积，一个芯片中可以放下更多的晶体管，更多的晶体管不就可以实现功能更复杂，性能更高的芯片吗？这是一个很有意思的问题。乍一看貌似很有道理的样子，那么为什么半导体行业却没有这么发展呢？
首先我们看一下，一颗芯片是怎样制造出来的呢？在半导体制造中，先将单晶硅棒经过抛光、切片之后，成为了晶元（wafer）。而每一片wafer经过掺杂、光刻等复杂工序后形成一个个芯片。
那么如果晶元的尺寸不变而增大单个芯片的大小会有什么后果呢？因为wafer和die的样子不一样，圆形是wafer的范围，正方形为一个die。随着芯片面积的增大，相同大小一片wafer中包好的芯片个数从16变成4再到1。这样就会造成制造成本很高。
其次就是良率变差，良率可以简单理解为，一片wafer中可以正常工作的芯片。在芯片制造中由于灰尘或者切割或工艺等问题，会使同一片wafer中若干区域损坏，造成芯片报废。
那如我们同时将晶元的面积变大，这样是不是就可以解决以上两个问题了？ 下图为晶元面积的发展史，很可惜晶元面积的增长速度较慢。如果不进行晶体管尺寸缩小，仅仅依靠晶元变大，那么半导体发展将远远的落后于摩尔定律。
所以说，我们还是需要依靠厂商不断的技术进步，尤其是目前在半导体行业美国一直走在世界前列，中国尤其是内地厂商在CPU制程工艺上差的比较远，希望祖国能更加强盛，在科技方面走在前列。