1971年，Intel发布了第一个处理器4004，它采用10微米工艺生产，仅包含2300多个晶体管，而45年后的今天，Intel现在规模最大的是代号Knights Landing的新一代Xeon Phi处理器，14nm工艺制造，核心面积超过700mm2，拥有72亿个晶体管，具备惊人的76个x86核心，搭配16GB MCDRAM缓存，现在的CPU能变得这么庞大当然得归功于半导体工艺的发展。

14nm的Knights Landing处理器具备76个核心

对半导体工艺的掌握不仅影响CPU复杂度，还会影响公司的命运。Intel的处理器已经进入14nm工艺节点了，AMD的FX处理器还停留在32nm工艺上，要知道多年前AMD与Intel在半导体工艺上的差距可没有现在这么大，因为AMD之前也是有自己的晶圆厂的，工艺掌握在自己手中，现在已经变成了无晶圆企业，工艺进步需要依赖GlobalFoundries或者TSMC等代工厂。今天我们的超能课堂就要来探讨一下这个问题——先进的半导体工艺到底能带来什么影响呢?

从摩尔定律说开去

说到具体影响之前，我们得先提一提主宰半导体发展的金科玉律——摩尔定律。1965年仙童半导体公司的工程师戈登?摩尔撰文指出半导体电路集成的晶体管数量将每年增加一倍，性能提升一倍，之后又修正为每两年增加一倍，这就是著名的摩尔定律，而半导体工业的发展已经符合摩尔定律超过半世纪了，虽然近几年有放缓迹象，但是摩尔定律依然会持续下去。

Intel对半导体工艺的进展预期

按照摩尔定律的发展趋势，晶体管的栅极间距每两年会缩小0.7倍，在1971年推出的10μm处理器后，经历了6μm、3μm、1μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm还有现在最新的14nm，半导体工艺制程正在变得越来越小，而这样做有什么好处呢?

优点之一：制程越小就能塞下更多的晶体管，成本下降

CPU的生产是需要经过7个工序的，分别是：硅提纯，切割晶圆，影印，蚀刻，重复、分层，封装，测试， 而当中的蚀刻工序是CPU生产的重要工作，也是重头技术，简单来说蚀刻就是用激光在硅晶圆制造晶体管的过程，蚀刻这个过程是由光完成的，所以用于蚀刻的光的波长就是该技术提升的关键，它影响着在硅晶圆上蚀刻的最小尺寸，也就是线宽。

现在半导体工艺上所说的多少nm工艺其实是指线宽，也就是芯片上的最基本功能单位门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆，于是成本降低了。

Intel不同制程工艺的成本、核心面积进化路线图

优点之二：频率更高，电压更低

更先进半导体制造工艺另一个重要优点就是可以提升工作频率，缩减元件之间的间距之后，晶体管之间的电容也会降低，晶体管的开关频率也得以提升，从而整个芯片的工作频率就上去了。

工艺

另外晶体管的尺寸缩小会减低它们的内阻，所需导通电压会降低，这代表着CPU的工作电压会降低，所以我们看到每一款新CPU核心，其电压较前一代产品都有相应降低。另外CPU的动态功耗损失是与电压的平方成正比的，工作电压的降低，可使它们的功率也大幅度减小。