（4個(gè)月前寫(xiě)的）上篇介紹了關(guān)于CPU性能兩個(gè)重要指標(biāo)之一的架構(gòu)，過(guò)了這么久，也應(yīng)該把第二篇，關(guān)于CPU的工藝（制程）的相關(guān)內(nèi)容補(bǔ)全，兩篇結(jié)合起來(lái)作為一篇「科普文」來(lái)供大家一起探討。
其實(shí)在書(shū)寫(xiě)這篇之前沒(méi)有什么思路，因?yàn)椤腹に嚒惯@部分的專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，應(yīng)該屬于電子信息類(lèi)的范疇，比如有個(gè)高大上的專(zhuān)業(yè)叫做「微電子學(xué)與固體電子學(xué)」就是專(zhuān)門(mén)研究VLSI（Very Large Scale Integration）的。我所學(xué)專(zhuān)業(yè)為電氣信息類(lèi)（電氣工程及其自動(dòng)化），更偏強(qiáng)電一些，只接觸一些必備的電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分與數(shù)字部分，當(dāng)然只是很淺顯的進(jìn)行了學(xué)習(xí)）。說(shuō)來(lái)也巧，寒假時(shí)候買(mǎi)了一本書(shū)《電的旅程》，這本書(shū)詳細(xì)的介紹了電子、電力的發(fā)展過(guò)程，也給我一些啟發(fā)，看完這本書(shū)，對(duì)人類(lèi)駕馭電子的歷史過(guò)程有了初步的認(rèn)識(shí)。那好，不如趁熱打鐵，多看幾本關(guān)于處理器書(shū)來(lái)完整知識(shí)；不如現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣(mài)，再以學(xué)習(xí)筆記的形式記下所學(xué)所想。
二 CPU的工藝
首先開(kāi)宗明義：無(wú)論是CPU還是GPU或是其他芯片，更優(yōu)秀的工藝都是性能提高的重要條件。當(dāng)一個(gè)芯片能借助新工藝容納更多的晶體管時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)更多的功能和更強(qiáng)大的性能，同時(shí)也會(huì)有更低的功耗與發(fā)熱量。回憶上篇內(nèi)容對(duì)于架構(gòu)的知識(shí)，可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論架構(gòu)設(shè)計(jì)的再合理，缺少優(yōu)秀工藝都難以發(fā)揮芯片的應(yīng)有性能。反之，優(yōu)秀的工藝卻能在很多時(shí)候彌補(bǔ)芯片設(shè)計(jì)上的不足。
2.1 0與1
我們知道，計(jì)算機(jī)特別笨，它只認(rèn)識(shí)數(shù)字0和1，即我們所說(shuō)的二進(jìn)制：
- 電子線(xiàn)路的電平是高狀態(tài)時(shí)表示 1
- 電子線(xiàn)路的電平是低時(shí)狀態(tài)表示 0
那我們?cè)陔娐分幸埠芊奖惚硎?，如果電路?dǎo)通便稱(chēng)之為1，電路斷開(kāi)就為0。這些0和1不斷的組合，就成為了機(jī)器語(yǔ)言。而計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，需要N多個(gè)開(kāi)關(guān)組合起來(lái)，經(jīng)過(guò)組合排列形成邏輯電路，這個(gè)邏輯電路越復(fù)雜，基本的線(xiàn)路越多，它可以實(shí)現(xiàn)的功能就越強(qiáng)大。因此，雖然計(jì)算機(jī)特別笨，只認(rèn)識(shí)「0」與「1」，但是經(jīng)過(guò)硬件上的排列和軟件上的設(shè)計(jì)，它就卻可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)很多繁重的計(jì)算任務(wù)了。
了解了基本原理，那如何在電路上實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能呢？我們先從熟知的ENIAC說(shuō)起。
2.1.1 ENIAC
從最初的電子計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在僅僅用了60年的時(shí)間，到底是是什么讓性能的提升如此顯著？功勞最大的當(dāng)然要數(shù)從真空管到晶體管再到VLSI的電路技術(shù)的進(jìn)步，下面我們就要介紹，這令人驚嘆的電子時(shí)代！
2.1.2 駕馭電子：從真空電子到固態(tài)電子再到……
CPU的發(fā)展經(jīng)歷了真空管、晶體管、IC和LSI（Large Scale Integration）、VLSI幾個(gè)時(shí)代?？傮w來(lái)說(shuō)，CPU性能的不斷提升得益于人類(lèi)對(duì)于駕馭電子能力的不斷進(jìn)步，也是人類(lèi)對(duì)材料科學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)方面研究越來(lái)越深入的實(shí)際表現(xiàn)。
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第一代：真空管（1957年以前）
時(shí)間回溯到20世紀(jì)初，弗萊明發(fā)明了二極管。沒(méi)過(guò)幾年，德福雷斯特在對(duì)二極管的研究基礎(chǔ)上，發(fā)明了真空三極管。真空三極管（triode）擁有用電子訊號(hào)控制“開(kāi)關(guān)”的性能，極適合用于高速執(zhí)行數(shù)字型的邏輯及算數(shù)運(yùn)算，我們可以用真空三極管來(lái)控制電路的導(dǎo)通與斷開(kāi)，繼而形成邏輯電路。具備了理論基礎(chǔ)和物質(zhì)基礎(chǔ)，ENIAC的誕生也就是順理成章的啦。德福雷斯特與真空三極管
真空管是個(gè)抽成真空的玻璃管，陰極產(chǎn)生電子飛向施加了高電壓的陽(yáng)極，并利用陰極和陽(yáng)極之間設(shè)置的細(xì)網(wǎng)格狀電極控制電子的流量。電子管的開(kāi)閉切換速度為微秒級(jí)。但是，真空管的陽(yáng)極需要施加數(shù)百伏的高電壓，因此耗電量巨大，而且壽命也不是特別長(zhǎng)。不過(guò)在當(dāng)時(shí)，相較于之前的機(jī)械開(kāi)關(guān)的什么巴比奇差分機(jī)，人們已經(jīng)對(duì)這個(gè)小東西構(gòu)成的計(jì)算機(jī)十分的「依賴(lài)」啦。 -
第二代：晶體管（1958 - 1963年）
隨著駕馭電子能力的進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)半導(dǎo)體技術(shù)也突飛猛進(jìn)，科學(xué)家終于可以在固態(tài)電子方面大施拳腳了。在極富盛名的貝爾實(shí)驗(yàn)室，三位偉大的科學(xué)家蕭克萊（William Shockley）、約翰·巴頓（John Bardeen）和沃特·布拉頓（Walter Brattain）在1947年發(fā)明了晶體管（Bipolar transistor）。相較于真空三極管，晶體管在體積、壽命、制作工藝上都有極大的優(yōu)勢(shì)。由晶體管構(gòu)成的計(jì)算機(jī)更小、更省電，同時(shí)運(yùn)算速度也大幅度的提高。并且因?yàn)榘雽?dǎo)體材料相較于氣體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家更容易控制。隨著科學(xué)家對(duì)半導(dǎo)體研究的進(jìn)一步深入，純度和工藝越來(lái)越好，晶體管的壽命與穩(wěn)定性也越來(lái)越受到一些芯片廠商的青睞。第一個(gè)晶體管 -
第三代：集成電路（IC、LSI）（1964 - 1969年）
之前的電路還是分立元件構(gòu)成，也就是在PCB（印刷電路板）把三極管、二極管焊接起來(lái)構(gòu)成芯片。IC的發(fā)明卻依賴(lài)于來(lái)自中國(guó)的神秘力量，德州扒雞公司（大霧），其實(shí)是德州儀器（TI）公司的杰克·基爾比（Jack Kilby）啦，他在鍺半導(dǎo)體芯片上生成了三極管等多個(gè)元件，并在元件之間用細(xì)金屬連線(xiàn)連接，從而形成了集成電路。世界第一個(gè)集成電路
優(yōu)勢(shì)是明顯的！之前由分立元件構(gòu)成的100cm2印刷電路板，在集成電路上只需要1mm2的芯片就可以實(shí)現(xiàn)相同的功能。至此，LSI將芯片技術(shù)領(lǐng)進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代，下面的VLSI與LSI的界限并沒(méi)有那么清晰，只是VLSI作為商家的噱頭來(lái)說(shuō)，更加能吸引消費(fèi)者吧！
指尖上的IC -
第四代：大規(guī)模集成電路（1970年以后）
固態(tài)電子的不斷發(fā)展，從晶體管的基礎(chǔ)上，人們又繼續(xù)研究出了FET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管，F(xiàn)ield-Effect Transistor），與傳統(tǒng)的晶體管相比，控制方式由電流變成了電壓，在FET的柵極上加上合適的電壓，就可以控制電流。在FET中，一種叫做MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，Metal-Oxide-Semiconductor FET），MOSFET構(gòu)造簡(jiǎn)單，在一塊IC上的集成密度比三極管還要高，終于，經(jīng)過(guò)四代的發(fā)展，「舊時(shí)王謝堂前燕」的IC通過(guò)VLSI工藝，可以飛入尋常百姓家了！Intel4004
1971年，Intel4004這個(gè)劃時(shí)代產(chǎn)品出現(xiàn)，它使用MOSFET集成電路技術(shù)，采用了10μm工藝，集成了2300個(gè)MOSFET，別看他這么小，和祖宗ENIAC的計(jì)算能力不相上下。25年，ENIAC從30噸越跑越小，最后搖身一變進(jìn)到3mm*4mm的硅芯片中，功率甚至只有不到1W！
2.1.3 兩個(gè)定律
2.1.3.1 摩爾定律（Moore's Law）
在越來(lái)越小的集成電路上放入越來(lái)越多晶體管是科學(xué)家們不斷追求的目標(biāo)，Intel的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）在1965年提出一個(gè)理論：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。
如今摩爾定律已經(jīng)過(guò)去50年了，集成電路的發(fā)展準(zhǔn)確的沿著摩爾定律預(yù)測(cè)的那樣前進(jìn)，不過(guò)，在未來(lái)幾年，摩爾定律有要失效的趨勢(shì)，為什么呢？我們先看下面這個(gè)定律。
2.1.3.1 縮放定律（Dennard scaling）
1974年，IBM公司被譽(yù)為內(nèi)存之父的羅伯特·登納德（Robert Dennard）MOS晶體管的尺寸與運(yùn)行速度 耗電量之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果將尺寸和電源電壓減半，MOS晶體管的切換速度將提高兩倍，耗電量則降至1/4。我們同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，如果將尺寸減半，可以將半導(dǎo)體芯片的面積減至1/4，或者在同樣的面積下制造4倍的晶體管。
2.1.4 一個(gè)問(wèn)題
了解了摩爾定律以后，我們或許會(huì)想到，芯片在以后會(huì)不會(huì)尺寸無(wú)限小但性能卻可以趕超天河二號(hào)了呢？恐怕沒(méi)那么簡(jiǎn)單，我們看一個(gè)CMOS反相器。
當(dāng)工藝不斷進(jìn)化，還有一個(gè)客觀事實(shí)不可以忽略，由縮放定律表明，C和F（頻率）增加必然導(dǎo)致V的降低，這才能抑制耗電量的上升。剛才我們談到CMOS數(shù)字電路在靜止?fàn)顟B(tài)下不會(huì)消耗電能，而其實(shí)實(shí)際上即使在截止條件下，三極管也會(huì)有極其微弱的漏電流，從而緩慢的消耗電能。電源電壓減去閾值電壓小于一定程度時(shí)，這時(shí)候的漏電流已經(jīng)無(wú)法忽視了。那我們就心生疑問(wèn)了，這可怎么辦？難道之前提出的那個(gè)問(wèn)題，摩爾定律還會(huì)延續(xù)他的神奇嗎？帶著問(wèn)題，我們繼續(xù)往下看。
2.2 沙子的逆襲
上面一節(jié)都是關(guān)于工藝的前期準(zhǔn)備知識(shí)，應(yīng)該能初步了解計(jì)算機(jī)通過(guò)很多的晶體管構(gòu)成的集成電路來(lái)完成工作的過(guò)程，也就是模擬電路器件構(gòu)成數(shù)字電路，來(lái)完成預(yù)定的任務(wù)的過(guò)程。上一節(jié)都是對(duì)于模擬電路中科學(xué)家駕馭電子過(guò)程的介紹，下面我們具體到一塊CPU，看看不同的工藝，對(duì)CPU的性能究竟有什么影響。
2.2.1 做個(gè)CPU吧
如果問(wèn)及CPU的原料是什么，大家都會(huì)輕而易舉的給出答案—是硅。這是不假，但硅又來(lái)自哪里呢？其實(shí)就是那些最不起眼的沙子。難以想象吧，價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，充滿(mǎn)著神秘感的CPU竟然來(lái)自那根本一文不值的沙子。當(dāng)然這中間必然要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的制造過(guò)程才行。不過(guò)不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細(xì)選，從中提取出最最純凈的硅原料才行。試想一下，如果用那最最廉價(jià)而又儲(chǔ)量充足的原料做成CPU，那么成品的質(zhì)量會(huì)怎樣，你還能用上像現(xiàn)在這樣高性能的處理器嗎？接下來(lái)的工序簡(jiǎn)單帶過(guò)：對(duì)硅化學(xué)提純、整形、溶化硅原料，然后將液態(tài)硅注入大型高溫石英容器。為了達(dá)到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純凈，及單晶硅。然后從高溫容器中采用旋轉(zhuǎn)拉伸的方式將硅原料取出，此時(shí)一個(gè)圓柱體的硅錠就產(chǎn)生了。
2010年最先進(jìn)的半導(dǎo)體最小尺寸到了22nm，要形成如此細(xì)微的線(xiàn)路，只能利用ArF（氟化氬）紫外線(xiàn)激光像銀鹽照相那樣再硅晶圓上進(jìn)行刻制。ArF激光的波長(zhǎng)位193nm，其半波長(zhǎng)96.5nm就相當(dāng)于筆尖。要用它刻出22nm的線(xiàn)路，就像用1mm的自動(dòng)鉛筆繪制0.3的線(xiàn)一樣，幾乎是不可能的事。現(xiàn)在通過(guò)在鏡頭和硅晶圓之間充滿(mǎn)春水，將實(shí)際波長(zhǎng)縮短到3/4左右，再加上各種其他技術(shù)，盡管能勉強(qiáng)達(dá)到要求，但已經(jīng)是極限了。
不斷的追求工藝進(jìn)步，就能在相同的硅晶圓里面刻出更多的基本電路?！?br> 如果想看CPU的制作過(guò)程，請(qǐng)看下面的鏈接！
2.2.2 什么是CPU的工藝？
首先說(shuō)一下，這一部分我只是粗略的了解，大部分內(nèi)容是源自參考書(shū)和知乎，如果想詳細(xì)了解，請(qǐng)查閱相關(guān)教材\參考書(shū)！
2.2.2.1 什么是CPU的工藝？
那么到底什么是工藝呢？我查了不少資料，可以總結(jié)如下：半導(dǎo)體制程指的是制造芯片的工廠在硅晶圓上可以制造出的MOSFET的最小溝道長(zhǎng)度。制程越先進(jìn)（即這個(gè)長(zhǎng)度越?。?，說(shuō)明這個(gè)工廠就擁有更先進(jìn)的光刻設(shè)備來(lái)制造這么小的晶體管（晶體管是用光刻在硅晶圓上的）。也就是我們經(jīng)常在前面說(shuō)到的，長(zhǎng)度越小，可以排布在芯片上的元器件就可以更多，綜合之前我們談到的知識(shí)（縮放定律），縮減元器件之間的距離之后，晶體管之間的電容也會(huì)更低，從而提升它們的開(kāi)關(guān)頻率。
當(dāng)然，工藝越先進(jìn)，意味著在硅晶圓可以放下更多的元器件。組件越小，同一片晶圓可切割出來(lái)的芯片就可以更多。即使更小的工藝需要更昂貴的設(shè)備，其投資成本也可以被更多的晶片所抵消。總結(jié)先進(jìn)的工藝優(yōu)點(diǎn)如下：
- 性能提高（切換速度提高即主頻升高）
- 單位晶體管的成本降低
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耗電量下降
這三個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)者和消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，好處是顯而易見(jiàn)的?？墒牵に囈M(jìn)步，即便是有摩爾定律的加持，可在最近幾年也是困難重重，因?yàn)殡S著工藝的提高，硅晶圓在光刻蝕的過(guò)程中，也漸漸的力不從心，比方說(shuō)良品率下降這個(gè)最顯著的問(wèn)題。
2.2.2.2 什么是CPU的制程？
當(dāng)然，實(shí)際中源極和漏極會(huì)有少量延伸到柵級(jí)下面，所以源極和漏極的實(shí)際分隔距離小于柵級(jí)寬度。這個(gè)有效分開(kāi)距離被稱(chēng)為有效溝道長(zhǎng)度，對(duì)晶體管而言是最重要的參數(shù)。不過(guò)這個(gè)參數(shù)很難測(cè)量，所以一般直接用柵級(jí)引線(xiàn)寬度來(lái)比較不同的工藝。因此我們常常以閘極長(zhǎng)度來(lái)代表半導(dǎo)體制程的進(jìn)步程度，這就是所謂的“制程線(xiàn)寬”。閘極長(zhǎng)度會(huì)隨制程技術(shù)的進(jìn)步而變 小，從早期的 0.18μm、0.13μm，進(jìn)步到 90nm、65nm、45nm、22nm，再到目前最新制程 10nm。
隨著制程的進(jìn)步，帶來(lái)了非常多的好處，同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。接下來(lái)就說(shuō)說(shuō)i3 i5 與 i7處理器和制程進(jìn)步一些有趣的問(wèn)題。（背景音樂(lè)響起，intel的等等等~~~~~~等~~~）
2.2.3 i3 i5 與 i7
打開(kāi)京東，到CPU品類(lèi)里發(fā)現(xiàn)，i3要賣(mài)700多，i7要賣(mài)2000多，咋差這么些錢(qián)呢？同一代的處理器，在工藝和架構(gòu)上都差不多啊，有區(qū)別主要是在核心數(shù)、主頻、緩存大小上，好吧，差了這么多你說(shuō)忍了，買(mǎi)，畢竟2000多就是壕好好，肯定比那i3高到不知道哪里去了！可是，如果我告訴你，其實(shí)，i3、i5其實(shí)都（曾經(jīng)）是i7的話(huà)呢？你會(huì)不會(huì)去炸了intel的老窩呢？好吧，其實(shí)應(yīng)該這么說(shuō)：i3，i5只是閹割版的i7。
也有一種辦法，就是給處理器增加冗余塊。處理器增加了冗余塊，芯片面積會(huì)變成9/8倍，但整體面積會(huì)降到0.62倍，因此能節(jié)省38%的成本。
所以說(shuō)，700多的i3和2000多的i7其實(shí)是一個(gè)成本……不過(guò)，又說(shuō)明個(gè)問(wèn)題，體質(zhì)好的人就是比體質(zhì)差的的人要受歡迎?。海?p>
2.3 展望未來(lái)
1971年的第一片微處理器Intel 4004使用了大約2300個(gè)晶體管，而2010年的微處理器集成了大約幾億甚至十幾億個(gè)晶體管。40年中的VLSI中集成的元件數(shù)目增加了數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)倍。那以后呢？似乎半導(dǎo)體工藝已經(jīng)進(jìn)入了瓶頸，工藝的發(fā)展還會(huì)在高速公路上向前快速行駛嗎？
2.3.1 一個(gè)答案
正如摩爾定律預(yù)測(cè)的那樣，芯片工藝在不斷進(jìn)步，同樣尺寸的芯片上塞入了越來(lái)越多的元件，可又受到縮放定律的限制，漏電流再也無(wú)法忽視了，這是由于CMOS的固有物理特性決定了，想要繼續(xù)沿著摩爾定律預(yù)測(cè)向前進(jìn)的話(huà)，必須在半導(dǎo)體工藝上有所突破，就像前幾代那樣。那么，現(xiàn)在是什么支撐摩爾定律的呢？其中的一個(gè)答案就是使用FinFET封裝。
FinFET實(shí)際上就是當(dāng)時(shí)英特爾大力宣傳的“3D晶體管”，從技術(shù)角度來(lái)看，F(xiàn)inFET將原本扁平、薄而不可靠的漏極和源極之間的連接“豎立”起來(lái)，在另一個(gè)維度上變相增加了厚度（或者面積），使得晶體管在繼續(xù)縮小后還能夠有比較好的性能表現(xiàn)。在使用了FinFET后，原本比較令人煩惱的漏電電流得到了有效控制，同時(shí)還帶來(lái)了很多優(yōu)秀特性，比如使用更低電壓即可驅(qū)動(dòng)、晶體管可承受電流上限也更高等。
采用FinFET封裝的目前可以繼續(xù)讓摩爾定律成功的預(yù)測(cè)下去，并且以后還有更多的辦法，但是不得不承認(rèn)的是，現(xiàn)在工藝的提升已經(jīng)沒(méi)有之前那樣的飛速了。
2.3.2 Tick-Tock
在上一篇我們談到了Intel公司著名的「Tick-Tock」戰(zhàn)略，也就是分別在奇數(shù)年和偶數(shù)年來(lái)更新架構(gòu)和工藝。Intel大概是在十年前提出的，依靠這個(gè)已經(jīng)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手好幾代，不過(guò)現(xiàn)在，最近在公司文檔中廢止了“Tick-Tock”的芯片發(fā)展周期，從下一代10納米制程CPU開(kāi)始，英特爾會(huì)采用“制程-架構(gòu)-優(yōu)化”(PAO)的三步走戰(zhàn)略。
在發(fā)展到14nm制程時(shí)，Intel已經(jīng)“力不從心”，最新一代架構(gòu)Skylake的發(fā)布時(shí)間比預(yù)料晚半年。當(dāng)進(jìn)入10nm制程后，原本的芯片周期已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)每年發(fā)布一代CPU，Intel必須延長(zhǎng)每一代制程的生命周期，也就是說(shuō)每一代制程將沿用3年，共發(fā)布3代CPU。10nm制程還將面臨芯片制造的難題，因?yàn)?0nm僅僅相當(dāng)于20個(gè)硅原子寬度。Intel在文檔中表示，優(yōu)化芯片制程和架構(gòu)將維持每年發(fā)布一代CPU的市場(chǎng)需求。
不知道Intel到底是因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)對(duì)手不給力（AMD：我還會(huì)做PPT！），還是戰(zhàn)略有意為之，還是真的在工藝制程上出現(xiàn)了瓶頸，作為科技愛(ài)好者或者是消費(fèi)者，也可以隱約的感到，相較于架構(gòu)，工藝的「軍備競(jìng)賽」已經(jīng)逐漸降溫了。
2.4 談?wù)勂渌?/h4>
2.4.1 臺(tái)積電（TSMC）
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TSMC
臺(tái)灣積體電路制造公司（TSMC，Taiwan Semiconductor Manufacturing Company），是臺(tái)灣一家半導(dǎo)體制造公司，成立于1987年，是全球第一家、以及最大的專(zhuān)業(yè)集成電路制造服務(wù)（晶圓代工）企業(yè)。寶島灣灣在20世紀(jì)80年代末期，由于傳統(tǒng)工業(yè)收到了嚴(yán)重的局限，在當(dāng)時(shí)臺(tái)灣地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)人蔣經(jīng)國(guó)的指示下，臺(tái)灣要大力發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)，此時(shí)，TSMC就應(yīng)運(yùn)而生了。
之前我們介紹了，很多芯片廠商通過(guò)對(duì)架構(gòu)的改進(jìn)，繪制與設(shè)計(jì)集成電路，而生產(chǎn)，需要交付給有能力生產(chǎn)的廠家去。臺(tái)積電專(zhuān)門(mén)性的對(duì)芯片設(shè)計(jì)顧客提供最佳生產(chǎn)制造服務(wù)，因?yàn)樽约簺](méi)有產(chǎn)品，對(duì)所有顧客都沒(méi)有直接利益沖突。臺(tái)積電不需要設(shè)計(jì)市場(chǎng)上瞬息萬(wàn)變的芯片產(chǎn)品，只要把精力集中在提供最先進(jìn)的制造技術(shù)與服務(wù)上，以靜制動(dòng)。打個(gè)比方，芯片設(shè)計(jì)者就像是書(shū)的作者，內(nèi)容及表達(dá)技巧才是一本書(shū)的精華。而芯片生產(chǎn)商就是書(shū)籍印刷廠，只有將書(shū)稿發(fā)給印刷廠來(lái)印制，才能將想表達(dá)的東西實(shí)現(xiàn)。
隨著摩爾定律的演變，晶體管越變?cè)叫?，但硅晶圓則越來(lái)越大，每一片硅晶圓上可容納更多芯片，因?yàn)榭山档兔科酒某杀?。但是，掌握這個(gè)技術(shù)的公司并不多，我們現(xiàn)在了解的只有臺(tái)積電、三星、Intel等等，因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)的前期投資非常大，只有良性循環(huán)的企業(yè)才能生存下來(lái)。
所以之前有人提出，世界上其實(shí)只需要3家芯片廠和他們的產(chǎn)品就夠了：英特爾的微處理器、韓國(guó)三星的DRAM內(nèi)存、以及臺(tái)積電的晶圓代工，來(lái)生產(chǎn)所有其他公司的設(shè)計(jì)。
2.4.2 蘋(píng)果6s的處理器
在蘋(píng)果6s發(fā)布會(huì)后，果粉和科技人士都高潮了，不僅是因?yàn)橛挚沙渲敌叛隽耍且驗(yàn)?s并沒(méi)有和6長(zhǎng)的沒(méi)什么不同！開(kāi)玩笑的。
在蘋(píng)果6s上搭配了最新的A9處理器，當(dāng)時(shí)科技新聞標(biāo)題如下：「iPhone 6S A9處理器稱(chēng)霸全球！安卓集體崩潰」、「號(hào)稱(chēng)秒80%桌面PC:蘋(píng)果A9系列達(dá)到桌面級(jí)」、「主流手機(jī)CPU跑分對(duì)比:蘋(píng)果A9單核默默全秒殺」?？雌饋?lái)一切悲壯，除了高通驍龍810不給力以外，只能贊嘆蘋(píng)果在處理器設(shè)計(jì)上的登峰造極了。
不過(guò)當(dāng)6s發(fā)售，消費(fèi)者紛紛拿到最新的6s手機(jī)時(shí)，一個(gè)爭(zhēng)議出現(xiàn)了，好像分了兩個(gè)廠家代工6s啊，分別是三星和臺(tái)積電，按道理說(shuō)制程差不多、架構(gòu)一樣，好像在實(shí)際表現(xiàn)上差了很多呢？下面一起來(lái)看看。
「A9臺(tái)積電完爆三星！iPhone 6S現(xiàn)大范圍退貨潮」，這是當(dāng)時(shí)的標(biāo)題，問(wèn)題出在哪？
iPhone 6S A9處理器上有兩個(gè)版本，一個(gè)是出自臺(tái)積電，而另外一個(gè)是三星，前者基于16nm制程，而后者則是14nm制程，由于工藝上的不同，導(dǎo)致它們性能、續(xù)航上有了不同。
A9處理器的不同，讓iPhone 6S的表現(xiàn)也不一樣，如果性能上的差距還能忍受的話(huà)，那么續(xù)航上的不同，則是用戶(hù)最難受的，畢竟這是硬傷。
不少?lài)?guó)外網(wǎng)友紛紛在Reddit上曬出的自己的實(shí)測(cè)成績(jī)，即同樣設(shè)置、使用情況下，搭載臺(tái)積電A9的iPhone 6S續(xù)航要比三星A9長(zhǎng)近兩個(gè)小時(shí)。
2.4.3 安迪-比爾定律
安迪是原英特爾公司 CEO 安迪·格魯夫（Andy Grove），比爾就是微軟的創(chuàng)始人比爾·蓋茨。在過(guò)去的二十年里，英特爾處理器的速度每十八個(gè)月翻一番，計(jì)算機(jī)內(nèi)存和硬盤(pán)的容量以更快的速度在增長(zhǎng)。但是，微軟的操作系統(tǒng)等應(yīng)用軟件越來(lái)越慢，也越做越大。所以，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)雖然比十年前快了一百倍，運(yùn)行軟件感覺(jué)上還是和以前差不多。而且，過(guò)去整個(gè)視窗操作系統(tǒng)不過(guò)十幾兆大小，現(xiàn)在要幾千兆，應(yīng)用軟件也是如此。雖然新的軟件功能比以前的版本強(qiáng)了一些，但是，增加的功能絕對(duì)不是和它的大小成比例的。因此，一臺(tái)十年前的計(jì)算機(jī)能裝多少應(yīng)用程序，現(xiàn)在的也不過(guò)裝這么多，雖然硬盤(pán)的容量增加了一千倍。更糟糕的是，用戶(hù)發(fā)現(xiàn)，如果不更新計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在很多新的軟件就用不了，連上網(wǎng)也是個(gè)問(wèn)題。而十年前買(mǎi)得起的車(chē)卻照樣可以跑。安迪-比爾定理，即比爾要拿走安迪所給的。
What Andy gives, Bill takes away.
我想大家肯定也有這樣的感覺(jué)，電腦越用越慢、手機(jī)越用越卡。這就是這定律最真實(shí)的體現(xiàn)咯。
2016年3月21日，安迪·格魯夫離我們而去了，R.I.P.
2.4.4 量子力學(xué)
不懂量子力學(xué)，只是引用一位網(wǎng)友的回復(fù)，拋磚引玉。
單原子大小工藝？小編無(wú)知就不要瞎說(shuō)。聽(tīng)說(shuō)過(guò)量子力學(xué)嗎？知道隧道效應(yīng)嗎？幾納米下隧道效應(yīng)已經(jīng)夠明顯了，這種情況下，“1”有很大的概率變成“0”，晶體管就變得不穩(wěn)定。這就是現(xiàn)在摩爾定律失靈的原因。以前18個(gè)月集成度翻一翻，現(xiàn)在呢？
2.5 后記
寫(xiě)作的感覺(jué)只有一個(gè)就是，累。不斷的查資料，并且還要綜合、總結(jié)。蹲坑的時(shí)候在反復(fù)看，下課的時(shí)候在反復(fù)看，有時(shí)候有了靈感抓緊寫(xiě)下來(lái)，還要不斷修改、不斷刪改，說(shuō)來(lái)也搞笑，居然做夢(mèng)也在寫(xiě)寫(xiě)寫(xiě)。
不過(guò)終于寫(xiě)完了，覺(jué)得好輕松。在Deadline之前完成了，當(dāng)作給自己的生日禮物吧！
當(dāng)然，寫(xiě)的肯定還是漏洞百出，希望大家可以多多給予批評(píng)和意見(jiàn)！謝謝大家！
2.6 一些感想
計(jì)算機(jī)發(fā)展的如此快，最重要的就是芯片發(fā)展的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了其他方面的發(fā)展速度。而芯片之所以可以發(fā)展的這么快，硅谷發(fā)揮的作用功不可沒(méi)。不管是因?yàn)槊绹?guó)政府或者是軍方在這方面肯投資，更多的是美國(guó)給科學(xué)家創(chuàng)造了一個(gè)優(yōu)良的環(huán)境，讓他們可以專(zhuān)心于自己的工作，如前文所說(shuō)，發(fā)展的速度快也就是順理成章了?；A(chǔ)物理、材料物理、材料科學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)等等等，需要社會(huì)有一個(gè)好的大環(huán)境來(lái)讓這些方面的科學(xué)家沉下心來(lái)專(zhuān)心于自己的研究方向，有時(shí)候我也在想，我們的貝爾實(shí)驗(yàn)室會(huì)出現(xiàn)在哪里呢？我們的硅谷出現(xiàn)在哪里呢？又是一個(gè)問(wèn)題，希望十年后、二十年后我可以再來(lái)寫(xiě)一篇blog，給出一個(gè)答案。
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本文援引了很多的數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)、資料，若有侵權(quán)，立刪！
部分參考資料：
書(shū)籍：
《電的旅程：探索人類(lèi)駕馭電子的歷史過(guò)程》（張大凱）湖南科技出版社
《浪潮之巔》（吳軍）電子工業(yè)出版社
《支撐處理器的技術(shù):永無(wú)止境地追求速度的世界》（Hisa Ando，李劍 譯）電子工業(yè)出版社 本文很多資料都出自于此，五星推薦！
視頻：
CPU的制造過(guò)程(Intel Chip with 22nm 3D Transistors)：
http://v.youku.com/v_show/id_XNjIxNTgyNTQ4.html
網(wǎng)絡(luò)：
難道上帝的電腦慢了？
http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309403958723717545653
CPU 的摩爾定律是不是因?yàn)?10 納米的限制已經(jīng)失效了？10 納米之后怎么辦？：
https://www.zhihu.com/question/26446061
如果芯片工藝發(fā)展不能滿(mǎn)足摩爾定律，是否會(huì)引發(fā) IT 界的一場(chǎng)創(chuàng)新？：
https://www.zhihu.com/question/22225070
CPU 每一代之間的差距體現(xiàn)在什么地方？：
https://www.zhihu.com/question/22365274
Intel i3 和 i7 的成本差是多少？如果成本相當(dāng)，為什么不全生產(chǎn) i7 呢？：
https://www.zhihu.com/question/23919992
工藝架構(gòu)雙雙逆襲 AMD下代顯卡搶先看！：
http://cniti.com/index.php/article/index/id/14772/viewall/1
Tick-Tock終結(jié)：Intel宣布3年更新一次制程：
http://news.mydrivers.com/1/475/475221.htm
臺(tái)積電：20nm輸?shù)舻籽?16nm秒殺三星?。?br>
http://news.mydrivers.com/1/450/450666.htm
A9臺(tái)積電完爆三星！iPhone 6S現(xiàn)大范圍退貨潮：
http://news.mydrivers.com/1/450/450950.htm
iPhone 6S芯片門(mén)？蘋(píng)果自己設(shè)計(jì)有問(wèn)題：
http://news.mydrivers.com/1/453/453138.htm
FinFET是什么? 移動(dòng)14nm戰(zhàn)斗正式開(kāi)始：
http://news.imobile.com.cn/articles/2015/0303/151149.shtml
解析CPU制造全過(guò)程：如何由一堆沙變成集成電路：
http://tech.163.com/07/0709/09/3IUVDJF6000926PT.html
為何14nm芯片更強(qiáng)?科普淺談“制程工藝”：
http://network.pconline.com.cn/579/5797876.html
