1nm会是芯片的终点吗？ _晶体管

文/小伊评科技
当然不是。先来给大家科普一下“1nm是芯片终点”这个言论是怎么来的。
大家应该都知道，一枚芯片内部其实就是由数十亿甚至数百亿颗“晶体管”构成的，而晶体管通俗来讲就是一个又一个的电路开关（处理器之所以能够处理信息其实就是由这些开关开实现的，机器码中采用二进制的010101对应的就是这些开关的打开和关闭）。咱们所听到的诸如5nm，7nm工艺，本质就是指这些晶体管中栅极的宽度（5nm工艺的晶体管栅级宽度就是5nm，7nm工艺就是7nm以此类推）

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那么栅极的宽度越小，单位面积内所能容纳下的晶体管数量也就越多，而晶体管数量是衡量处理器性能的一个核心指标，理论上来讲晶体管越多，处理器的综合性能也就越强，这一点应该很好理解，毕竟人多力量大吗，芯片也是一个道理。
举个例子，采用5nm工艺的麒麟9000的晶体管数量就达到了153亿颗，而麒麟990只有103亿颗，所以麒麟9000的性能就要比麒麟990强很多，这就是晶体管数量提升所带来的结果。

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另外，栅级的宽度越小，栅级之间的电容也就越低，电容降低也就意味着芯片的功耗会降低。那么也就意味着芯片设计公司可以在功耗不变的情况下提高处理器的时钟频率（也就是主频）而主频的提升可以大幅度提高处理器的单核性能。
所以处理器工艺的提升本质上就是一个提高晶体管排列密度以及降低功耗的过程。
在聊清楚了芯片工艺提升的本质，我们就来说一说“1nm工艺是芯片终点”这个说法的由来。

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根据前文所说的知识我们可以知道，1nm的工艺，意味着晶体管中栅级的宽度只有1nm，而目前所有半导体芯片基本都是采用硅作为基础材料，而硅最基础的组成部分也就是硅原子的直径为0.24纳米。也就是说，在1nm的工艺下，晶体管中栅极的宽度只有四个半硅原子那么大，非常非常薄。在这种情况下，硅元素组成的栅极的电阻会无限趋近于0，那么既然都没有电阻了，还怎么起到阻拦电子的作用呢？所以就很容易出现电涌以及电子击穿的问题（其实7nm工艺就已经很明显了）从而影响芯片的实际应用。
所以，对于硅基单栅极芯片来说，别说1nm工艺了，2nm都是一个坎，3nm很有可能就是硅基芯片的终点了。这就是1nm工艺是芯片终点这个言论的由来。
但是大家要注意，这是结论针对的是硅基芯片。但是能够做芯片的半导体材料并不只有硅这一种，硅不行了，我们还可以换新的半导体材料。譬如最新的就有二硫化钼晶体管就是一个很好的选择，因为二硫化钼晶体管对于电子的控制能力要强于硅，就算是在1nm的工艺下也能够起到阻断电子的目的，很适合拿来做硅的替代品。其他的其实还有很多，譬如碳基芯片，目前同样也很火热，同样也是硅的一种良好的替代品。
其次我们还可以在栅极数量这个方面做文章，如下图所示，我们还可以往其他方向面叠加栅极，因为处理器性能本质上就是看栅极的多少，这个技术在业界被称作Gate-All-Around FETs立体栅极技术，三星和台积电已经都在用了。

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最后还有一个最简单的办法那就是增加芯片的面积以及采用层叠的方式，这样也能够大大的增加晶体管的数量，从而提升芯片的性能，麒麟9000的板载面积就比麒麟990大不少，实在不行还可以外挂，大不了以后CPU，GPU以及基带全都独立出来，这样就能减少功耗，苹果A系列处理器不就是这么干的么？

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