芯片14纳米与7纳米相比，是不是芯片大一点，性能差不太多呢？_ZNDS问答

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芯片14纳米与7纳米相比，是不是芯片大一点，性能差不太多呢？

14纳米芯片已经够用，为啥要研发7纳米？原因已正式确认！

目前半导体行业，并不是所有的芯片类型都对7纳米有强烈的需求。14纳米芯片已经够用，为啥要研发7纳米？除了普通的吃瓜者，业内一些人也提出了这个问题。许多人认为，对于许多产品来说，14纳米甚至28纳米就足够了。毕竟，7纳米不是大多数市场的要求。

那么，为啥芯片公司要花费更多的成本和精力，开发7纳米甚至5纳米的工艺技术呢？7纳米被认为是半导体技术的里程碑，7纳米技术具有许多优点，如可以将产品面积减少近一半，芯片性能提高10%，能耗降低40%。

展望未来，随着5G和人工智能技术的发展，5G智能终端、虚拟现实、可穿戴设备、区块链、人工智能等产品的成熟应用，将对芯片性能、能耗和计算能力提出更高的要求。为了抓住市场机遇，芯片制造商迫不及待地推出了自个的7纳米芯片或处理器。

另一方面，芯片制程的发展也给传统市场带来了革命性的颠覆，例如，苹果公司因为AirPods迎来第二次黄金时代。去年10月，苹果发布了新的具有降噪功能的无线耳机——AirPods Pro，在中国售价高达1999元，虽然价格非常昂贵，但是AirPods Pro在全球市场上经常卖缺货。

目前，苹果TWS耳机已经占据了50%以上的市场，无线耳机已经成为苹果增长最快的产品线。一些内部人士预测，苹果未来无线耳机的销量可能会达到苹果手机的水平，每年约有2亿部。只靠一种产品——AirPods，预计明年将为苹果公司带来200亿美元的收入。根据20倍硬件公司的市盈率，如果苹果将AirPods项目分开上市，它的收入和利润就能支撑万亿的市值。

苹果无线耳机能够“逆风翻转”，是由于AirPods搭载了一款名为H1的芯片，这也是苹果为耳机产品开发的第一款芯片组，采用了先进制程工艺。当前，其他制造商使用的大多数蓝牙芯片工艺都集中在28纳米到12纳米之间。随着市场需求驱动的蓝牙芯片制造工艺的发展，未来，为了在更小的芯片中集成更多的功能和应用，各厂商将逐步推动蓝牙芯片向7纳米甚至5纳米的制造工艺发展。

中芯国际也很清楚这一趋势，所以也向先进制程工艺靠拢，并在2018订购了EUV光刻机，为更低的制程工艺做准备。据说这个制程工艺就是7纳米。

7纳米制程不仅隐藏了巨大的商机，也给制造商带来了新的挑战，因为7纳米工艺将采用新的EUV技术，传统的光刻机将无法正常运行。美国竭力全力，阻止光刻机出口到中国，目的就是阻止以中芯国际为代表的晶圆厂进入14纳米以下的先进制造工艺。

可以这样理解，14nm工艺面积大，但也可以实现7nm一样的性能，在功耗上要大很多，而且不适合小型化内嵌。
可以举个例子，在军事实力上前苏联和美国差不多，美国的武器控制集成度高，体积小，苏联的武器都很笨重，但都可以实现一样的远程攻击和爆炸效果。
也可以这样说，假如中国因为实体清单不能生产7nm以上先进的芯片工艺，那么可以牺牲体积换性能，以后大家抱个体积稍大的手机依然可以达到目前的性能。

越来越低nm工艺制程成为了芯片设计上的追求，也是各芯片制造商不得不紧跟设计者的需要。
为何目前芯片设计厂商要追求越来越低的工艺制程，其主要目的是为了在同一大小块芯片上容纳更多的晶体管，增强芯片的性能。同时晶体管之间的间距减少，电容降低，开关频率提升，速度更快更加省电。理论上把14nm芯片做到7nm芯片的性能是有可能的，但是要容纳与7nm相同或者更多数量的晶体管，14nm芯片面积将会变得更大，而且能耗将会很高，在产品上将变得不实用。
比如手机芯片，在巴掌大的手机上如果芯片就占了半巴掌大，显然是不实用的。所以各大芯片设计厂商拼命设计更多晶体管的芯片，制造厂商也拼了命的提升自个的工艺制程满足芯片设计者需求。所以像台积电、三星等，都在竞争生产及解决7nm、5nm，甚至3nm制程工艺，以求在未来占据主动。

芯片14nm与7nm是指芯片中晶体管长宽数值的大小，是晶体管标准计量慨念和工艺节点参数。
但並非是数值大而性能强，而是应更小的晶体管实现大晶体管同样的性能、实现芯片有限空间装置更多晶体管使芯片性能更强大，运行速度更快。而14nm与7nm相比，要差了一代。
目前我国华为的麒麟990芯片能装载103亿个晶体管、苹果A14芯片则达到了125亿个晶体管，都处于世界先进水平。

为啥会产生这样情况？要从芯片制备的过程说起。
目前对芯片制程的主流认识：工艺节点是反映集成电路技术工艺水平最直接的参数，晶体管nm数值与晶体管长宽成正比例关係。每一台节点基本上是前一台节点的0.7倍，也可理解为14nm与7nm工艺技术水平有10个级差(一代)。
所以每一代节点上的晶体管面积要逐级减小50/%，在芯片单位面积里装置的晶体管数量翻番。这也是摩尔定律基础所在，约18一24个月提升一代。
但也不是绝对的，有的厂商如英特尔是用致密的同期图形半间距长来作为工艺节点数值，其20nm工艺实际性能相当于三星14nm和台积电16nm工艺，芯片密度能达到三星和台积电的两倍。

在芯片65nm以前，芯片的工艺节点数值和光刻机的分辨率相一致。镜头NA的指标没有太多变化，所以工艺节点的水平主要由光源的波长而决定。
目前ArF193nm深紫外光源可实现的最高工艺节点就是65nm，但由于采用了浸入式技术可将等效的光源缩小到134nm，加上多次蚀刻、重复曝光和相移掩模等技术，使光源不变情况下达到28nm。所以28nm成了一台长期节点和再往下的分水岭。
虽然目前英特尔、台积电一直到7nm工艺节点依旧使用浸入式ArF的光刻设备，用DUV光刻机也可以制造如高通骁龙855芯片、华为麒麟980芯片，但在性价比上和新一代工艺有着巨大的差别。

所以下一代工艺必须要采用EUV的光源和设备。三星在7nm节点上已采用EUV光刻设备、中芯国际在2018也定购了一台尚未到货的7nm光刻机。但目前，全球只有ASML一家能够提供波长为13.5nm的EUV光刻设备，要继续提升至5nm和3nm的工艺必然是EUV的天下。
因此，芯片14nm和7nm，是7nm晶体管的性价比更高、制程芯片后速度更快、性能更强，有一代的差距。

14纳米和7纳米相比，同样规模的集成芯片，体积缩小了一半，不要小看这小小的一般，直观看起来相差不是很大，但他的性能提高了10%，功耗降低了40%，这些芯片主要用于个人终端，手机就是其中的一种，特别是手机的用量极其的大，对于手机制造商来说，性能提高是很好的卖点，功耗降低，就可以把电池做的更小，手机就做得更薄更美观，如果不降低电池容量，那么这种手机的续航就会大幅度的延长，甚至超过40%。
提高了性能，做得更薄，超长续航，都是手机好销的大卖点，就更不要说5纳米的芯片了。
另外一台好处是，在同等大小的芯片体积上，可以集成更多的电路元器件和功能，在不改变原来制造外观的前提下，扩大集成容量，会带来更大性能的提升。
从14纳米到7纳米，再到5纳米，它会延伸出无数的上下游产业链，对于科技发展非常重要，不能单纯的看7纳米和5纳米，他比14纳米的意义远远大于我们直观看到的，这种手机芯片的应用，带动的无数的多方位的产业链，这是一台产业集群，对科技发展至关重要。
有人说够用不够有的问题，其实本质不是那样的，芯片做的集成度越高，规模越大，就意味着功能越强大，将来随着5纳米，3纳米的大量应用，手机将演变成未来的5G终端，实现家庭个人物联网实际应用。
目前的手机还没有真正意义上的物联，只有5G才是物联的基础，想象一下，如果或是14纳米，那时的手机将很庞大的很难看，因为要想实现长续航就得大电池，发热严重，不美观就制约销量，直接影响各种普及应用，间接制约上下游产业链停滞不前。
所以7-5纳米芯片很重要，他是未来5G技术普及应用终端的最强驱动力，目前很多国家已经非常重视到了这一点，只是我们当下还受技术壁垒限制而已，不久我们将会有新的突破，打破垄断，具有自主产权的芯片制造。是7-5-3纳米的自主研发，我们正走在路上。

芯片制程根本没办法用肉眼来观察，就像是在硅原子上画画一样，只可以用纳米来衡量电子元器件之间的距离。纳米（nm），是nanometre的译名，即为毫微米，是长度的度量单位，国际单位制符号为nm。一根头发丝直径约为０.１毫米，１０纳米相当于头发丝的万分之一。在当前高端芯片制造中，各大企业都在围绕缩小工艺制程“绞尽脑汁”。

在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线链接各个元器件的生产精度，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，链接线也越细，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。

7纳米芯片和14纳米芯片的手机用户体验有啥不同？
如果以芯片制造工艺来看这个问题，或许感知并不是很强，但直接转换到具体的芯片和对应的手机上，那就非常明显了。

首先是7nm制造工艺的芯片，比如目前的苹果A13芯片、骁龙865芯片、麒麟990芯片。
其次是14nm制造工艺的芯片，苹果在A9芯片使用过三星的14nm制程，而在A10回到台积电16nm制程，A11直接跃到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）对比，已经是隔代产品，虽然iPhone8虽然日常使用依然流畅，但是两款机型或是有明显感知。
而骁龙和麒麟芯片差距就大了。搭载麒麟990的华为Mate30和搭载麒麟960的Mate9已经完全是两种产品了。

虽然芯片制造工艺并不是决定性能的唯一因素，但是可以说占了大部分的因素，在使用14nm芯片的手机时或许会认为体验是非常好的，然而如果使用了目前的新手机再回去体验旧手机，差距是非常大的。
缺芯之痛”，不但是中国半导体行业之痛，也是民族产业之痛。
数据统计，中国集成电路产品连续多年每年进口额超过2000亿美元，一旦缺“芯”，可以想象会面临什么困难。

无论是设计或是加工工艺上，7nm芯片都代表着先进的技术，能让终端能耗更低、速度更快。我们虽然能设计、研发7nm芯片，但是我们的企业无法自个量产，还得由台积电代工生产。因为光刻机精度仍是芯片制造行业的卡脖子环节。光刻机是制约集成电路技术发展的重中之重，核心技术中的核心，被冠以“工业皇冠上的明珠”的称号。

目前，世界上80%的光刻机市场被荷兰公司占据，高端光刻机也被其垄断。中国在努力追赶，但仍与国外存在技术代差。我们要正视与苹果、高通等行业巨头的差距，并且要用自身的科技创新，通过踏踏实实的努力，一步步来实现我们在芯片制造领域的突围。

芯片由四个环节构成，分别是芯片设计、晶圆生产、芯片封装和芯片测试，不过封装与测试一般在一台环节，所以通常我们说的芯片，就是通过设计、生产和封测三个环节，设计主要是利用架构进行自主设计，然后交由日圆生产企业来做。

晶圆企业需要建立生产线，投入很大，少数数十亿，多则数百亿，而且需要在工艺上进行研发，才能按照设计代工出芯片产品来，也就是说，如果设计出了7NM的芯片，但是代工的达不到，就产不了，所以我们看到华为有自个的7NM芯片，但中芯国际还代工不了，就只能交给台积电来代工。
中芯国际去年已经成功量产14NM芯片，7NM的也在加速研发，但问题是7NM以上的工艺用DUV光刻机就可以生产，而7NM以下的工艺需要用引入极紫外光（EUV）光刻技术，而目前全球只有荷兰的ASML公司能生产EUV光刻机，中芯国际在2018就从ASML订购了一台EUV，由于美国从中作耿，因种种原因，直到目前都还没有交货。

很多人会想，那么既然14NM的芯片已经够用了，为啥非要开发7NM，甚至5NM和更小的芯片呢？两者有什么差别？
对于14NM和7NM，是从芯片的制造工艺方面来定义的，对于两者来讲，肯定是7NM技术制造出来的芯片性能更优越，在相同的面积中所集成的晶体管越多，芯片的整体性能就会越高。比如以电脑处于器为例，用7NM技术制造的CPU肯定比14NM技术的CPU在晶体管数量方面、处理速度方面，以及最重要的功耗方面和温升方面会高出一台数量级。

因此，用7NM制程制造的芯片在各个方面会全面超过14NM制造的芯片，使得各种性能得到提升，从而让使用芯片的设备性能得到整体提升。
当然，如果仅从实用角度来说，可能两者的差别并不大，但在科技领域，本身就需要不断研发，不断创新，突破过去的极限，才能实现技术的进步。也许目前我们从经济角度的价值看，没有必要去研发和使用7NM的技术，但如果过了几十年几百年之后，有可能到时7NM的芯片如同我们目前看几百年前的工业机器一样。
如果不能进行技术突破，一直停留在14NM，那么用不了多久，技术水平就会被其他国家甩在后面，所以我们需要不断研发，尽快突破EUV的限制，在芯片产业实现国产自主化，才能在未来的科技进步中占据主动。

这不是绝对的，性能主要是取决于你的设计和架构，工艺只能保证同等条件下，发热和性能。当你的架构不好的同时，14nm一样可以吊打7nm，就好比你用x86的i3，随便吊打一切移动版arm处理器。所以，性能跟工艺没有必然联系，工艺好可以一定程度上提高性能，但主要影响性能的或是架构。

一、所谓的芯片14nm或7nm是指什么意思？
关于芯片，大家都喜欢谈工艺，比如14nm、7nm、5nm等等，因为数字越小，表示越先进，那么这些数字到底是指什么意思？
首先要理解的是，芯片是由晶体管构成的，而晶体管的大小是不变的，至于14nm、7nm的工艺，是指晶体管门电路的宽度，而不是晶体管的大小，或者你就换一种说法，就是晶体管与晶体管之间的距离好了，这样更容易理解。

当工艺越先进，那么这个距离就越小，那么同样面积下，晶体管就会越多，做到越密集，工艺主要就体目前这里了。
二、14nm和7nm的芯片对比
14nm的芯片和7nm的芯片一对比，那么同样面积下，14nm的芯片明显晶体管就会少很多，这样性能就会差一些，而7nm的芯片晶体管就会多，性能自然就会好一些。
如果保证晶体管数量一致，那么14nm的芯片就会更大，7nm的芯片就会更小一些。

此外，还要考虑的是，因为制造工艺的提升，芯片的频率就可以提高，功耗可以变得更低一点，所以就算14nm和7nm的晶体，做成晶体管一样的，性能也不会是差不太多的，而是有区别的，7nm的芯片会好一些。

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芯片14纳米与7纳米相比，是不是芯片大一点，性能差不太多呢？

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