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首先呢,厂商是绝对会增加CPU的面积,以Intel现在的处理器为例,四核的Core i3系列核心面积为126mm²,六核的Core i5/i7核心面积为149.6mm²,而高端旗舰X299平台的10核以下(Core i9-7900X以下)产品核心面积为322mm²,18核以下(Core i9-7920X到Core i9-7980X)的产品核心大小为484mm²,服务器用自强白金28核处理器核心面积高达646mm²,大家可以来感受下:
Core i7-8700K的核心
Core i9-7900X的核心
Core i9-7920X的核心
增大核心面积可以简单粗暴的增加CPU的核心数量并加入更多的功能和指令集,然而这也提升了产品成本,应为晶圆的尺寸是固定的,切割出来的芯片越小成本就越低,而且在单位面积出错率固定的情况下,面积越大的芯片蚀刻时上面有坏点变成不良片的可能性就越大,实际上大型芯片的不良率远比小芯片高,所以厂商们都想放设法在尽可能小的芯片里堆更多的东西,那只能升级工艺了。
更先进半导体工艺的优势其一:降低生产成本
基本上所有芯片的生产都要经过7个工序,分别是:硅提纯,切割晶圆,影印,蚀刻,重复、分层,封装,测试,当中蚀刻工序最重要的工作,它是用激光在硅晶圆上面雕刻晶体管的过程,这个过程是由激光来完成的,所用激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。
Intel不同制程工艺的成本、核心面积
我们常说的多少nm都是指线宽,也就是芯片上的门电路宽度,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。
更先进半导体工艺的优势其二:频率更高,电压更低
在缩短芯片内元件间距之后,晶体管间的电容也随之降低,这可以提升晶体管的开关频率,这时整个芯片的工作频率就上去了,这也为什么每升级一次工艺CPU的频率都会明显提升的原因。
另外缩小晶体管的尺寸也会减少它们的内阻,这可以降低它们的导通电压,这代表CPU可以在更低的电压下工作,所以使用新制程的CPU的电压较上一代产品都有所降低,另外CPU的功耗是与工作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。
超能网
随着技术的提升,CPU肯定要不断的提升密度,而面积是否增大则要看情况而定。
CPU从诞生起就伴随着密度的不断攀升
1971年诞生的4004是英特尔的第一款商用计算机处理器,它采用的10微米技术和现在的14纳米相差甚远,2250个晶体管的规模和现在动辄数十亿晶体管的CPU更是没法相比,但是无论哪个时代的主流CPU之间的面积都不会相差很多,无非是这一代大一点,下一代小一点,然后再下代还可能还大一点,但是无论怎么变,CPU的密度肯定是不断增加的,也就是说单位面积内的晶体管越来越多,因为只有这样才能不断在单位面积内增强CPU的性能,并使CPU不断增强的同时功耗越来越低。
增加密度和面积会为CPU带来什么
45nm—32nm—22nm—14nm,CPU生产工艺的不断进步可能很多人看来是顺其自然,但是这里面每一次进步都面临着巨大的问题和压力,投入的资金也是呈几何倍数增加,投资的增加就相当于成本的增加。拿现在的晶圆厂普遍使用的300毫米晶圆来说,面积越小的CPU芯片一个晶圆所能切割的成品芯片数量就越多,打个比方,进入成熟量产期的一片晶圆价值6000美元,片上一共能切割出200颗成品芯片,这样简单计算的话一颗芯片成本就在200元人民币左右,不过我们还没计算良品率,因为每一片晶圆都会有或多或少的不均匀瑕疵,如果这些瑕疵落在了芯片上,那这些芯片就不能用了,或者被降级出产,这些都是要付出的成本。
芯片越小,成品数量越多,晶圆边上的边角料也会浪费的越少
所以说,晶圆大小基本是固定的,而如果你的CPU设计的太大,一片晶圆总共才能产出20颗,还碰巧遇到不少瑕疵,报废了10颗,那你的良品率才有50%,这样生产出来的CPU一是保证不了产量,二是价格很高,很少人负担得起;而如果芯片设计的较小,产出200颗,哪怕有瑕疵的占30%,还有140颗可用,市场风险和压力明显小多了。
CPU面积和性能之间的选择
CPU当然也可以选择增大面积,提升性能,就像英特尔面向企业级市场推出的至强系列CPU都相比酷睿系列拥有更大的核心面积,AMD今年推出的锐龙也是选择了增大核心数的方式提升多核性能,成效显著,还有AMD的线程撕裂者很有意思,直接拿四个锐龙芯片封装到一个PCB上,总体面积虽说增大,但是不影响本身芯片良率,还能显著增加核心数量和多核性能,价格还不会高的离谱,可谓一举两得。
AMD线程撕裂者,最多可达16核心
以上不管是至强还是锐龙,大都是选择增加核心数量,增强多核性能的路线走来的,这也会带来成本增加,频率降低,功耗增大,没有核芯显卡等代价,所以说不断提升工艺和CPU架构的效能还是重中之重,同样是4核心的7700K比当年的4核Q6600性能和效率不知道强了多少倍,在加入了核芯显卡等更多功能模块的情况下比Q6600小的多,而同为14nm工艺的8700K为了增强性能,多加的两个核心又使得面积比7700K明显大一截,如果下一代9700K使用10nm工艺的话,那么在核心数量不变,频率增加的情况下面积又会缩小,就是这样的一个规律。
至于手机CPU,对功耗和面积极为敏感,牵一发而动全身,属于理论上可以做大,但是绝对不能做大的范畴,所以留给手机CPU厂商的就是不断追求工艺进步和单位面积效率增强,这也是近几年的最先进工艺总是先用来生产手机CPU的一大原因。
嘟嘟聊数码
这个问题具体回答会很复杂,但是我们简单来说其实无非是成本、功耗和时序。
成本很好理解,一块晶元面积和成本是固定的。如果CPU的面积扩大一倍,相同面积的晶元只能切出原来一半数量的CPU,那么CPU成本几乎要翻倍了。
而功耗是另一方面。CPU本质其实是大量的MOSFET或FINFET元件组成的。这些元件可以看成是电压控制的开关,本质上其实是电容。如果你的高中物理知识还没忘,CPU的功耗大概是P=CV^2F。这里的C就是电容,V是供电电压,F是频率。所以CPU面积增大会导致电容增加,功耗直线上升。
而时许的问题就比较复杂了。我们可以简单理解为CPU内部不同的元件时间要相互工作,他们本来应该都受到统一时钟控制的,就像听音乐走正步的士兵一样。而电信号在导线上传导是需要时间的,不同长度的导线使时钟信号到达不同距离的元器件的时间也不一样。就像一个喊口号的人在方阵中,方阵太大了就会导致远处的人听到的指令滞后,方阵就不整齐了。CPU面积加大就会导致时钟或者时许紊乱。中间涉及到大量竞争冒险的问题,我不做展开。
综上所述CPU面积增大带来的问题很严重,如果再考虑设备小型化的趋势、散热控制等问题,面积控制就更关键了。
任e逍遥
为什么要小,首先从物理散热这方面说,体积越小形状越薄的物体散热越快,从这方面就不能理解为何我们见到的处理器都是薄薄的一片。
重点是能耗,随着移动设备的大范围普及,移动处理器的需求剧增,移动设备有一个硬指标就是能耗,简单点说就是充满电能用多久。一种办法是增大储能量装大容量电池,还有一个方法就是降低功耗。举个例子,14纳米技术和10纳米技术不懂的人看上去相差并不大,但对应处理器中的无数个微小的晶体管的总能耗,差距就太大了,两种技术的CPU每个晶体管的能耗相差并不是10/14,因为晶体管是一个立体,所以能耗是10/14的三次方,约等于36.44%,也就是说相同主频相同晶体管数量的10纳米处理器能耗理论上只有14纳米处理器能耗的36.44%,所以就不难理解为什么处理器的密度会越来越高。
贼五连的噩梦
因为半导体发展起来的时候存储器厂家放言,容量大小再不会与体积相关了。处理器厂家也紧接着放言,性能大小与体积也无关了。
当时世界普遍还在用打字机和录像带。
硬盘从g做到t,cpu从mhz变为ghz。微观的就是体积不变,密度就更低。早先没人觉得人类可以把芯片做到10纳米,也没人觉得硬盘可以做到1024t。
慢慢来嘛,更没人觉得会有电脑用的上那种性能。而如果必要的需要那种性能,其实还是靠体积。比如巨型机。
而市面上的电脑,由于多年前夸下的海口,和多年的产品习惯。使人们觉得,如果做大,就是往回发展了。又到了体积限制性能的时代了。这绝不允许发生。再者也不是没有解决的方案。
性能到瓶颈时,人们往往想到的就是多个。一台打字机不够快就两台。但这种思维只能助我们再做一台现代版的ENIAC。
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在看了这么多人的见解后,也说一下我对CPU面积与性能方面的见解
在摩尔定律的指导下。提高制程,提高工艺,使单位面积的晶体管数量能在18-24个月内晶体数量扩大一倍,性能提高一倍。但与此的同时在掌握了新的制程与工艺,使之运用在增加晶体管面积上,未必不行,也未必没有,犹如AMD的线程撕裂者和服务器处理器至强,芯片面积对比AMD RYZEN Threadripper 1950X,可比AMD RYZEN R3 1200可大多了。Intel Core I9 7800X比Intel Core I3 7100大多了,只是这样带来的问题也有很多,比如单位成本会上升,晶体管增多带来的耗电与发热所带来的功耗问题和散热问题,解决这些需要的配套设施,购置成本就会让一般使用者无法承受。
柠檬不萌148630140
看了这么多答案也是醉了,这个和成本没有半毛钱关系,主要是控制功耗和发热量。为啥intel第一代胶水双核发热惊人,就是应为没有任何制程上进步,直接把两个CPU放在一起了,也就是面积直接翻倍,然后散热就炸了。再说了cpu晶元的原材料是啥,是沙子好嘛,怎么可能贵,cpu贵在设计和研发环节,流一次片就大几百万,发现错误直接从来,设计成型的cpu批量生产成本是很小的
J
增加面积会大幅增加成本,晶元越大生产难度越高成本越大,这也是为什么高端芯片贵的原因,普通芯片一片晶元假设能切割1000块,大芯片就只能切割100块,然后芯片面积越大浪费的晶圆就越大,因为晶圆是圆柱型的,芯片是长方体,同时芯片越大越容易出问题,报废率就越高,所以人们总是想办法减小芯片而不是增大芯片,一切都是利益的因素,商人都不会做赔本的买卖,虽然更新生产工艺会花费上百亿美元,但是新工艺的价值会达到数百亿美元,如果工艺不行强行增加芯片面积往往是得不偿失的,你是否愿意购买性能两倍价格十倍的芯片?想信大多数人都不会选择
魅力小婷姐她二哥
主板就这么大,cpu做大了放去哪里?是不是主板继续增大面积?然后随着对计算机性能的需求不断增长,电脑又回到一个主机占一个房间那个年代去呢?以后买个三房两厅还要留个房间放主机,还要装几台空调散热?
悟空问答怎么出那么多这种不经大脑就问出来的问题?无语😓
toooooooooony
功耗和温度,如果不是不断减小门的体积降低功耗,现在的CPU已经达到太阳表面温度了。