微笑琳----

真想不到，华为麒麟980处理器超越美国芯片，靠的竟然是这小小的晶体管。

我们都知道，在手机的结构中，处理器芯片是至关重要的一枚硬件。那你可知道，这枚处理器在手机中承担了哪些作用？

2019年，是我国5G通信发展的元年，在进入5G时代以后，手机处理器芯片不再仅仅承担以前运算处理和图形处理两大功能。从华为的麒麟990开始，它背负了第三大功能，那就是5G传输。很多人都知道，一枚处理器芯片的体积是非常小的。而在网上搜索到的晶体管图片大，那可能是在高倍显微镜下的放大照片，其目的只是为了让大家对其结构的了解更方便而已。

从第一颗真正意义的晶体管被发明出来，至今已经71年的时间。晶体管从一个庞然大物变成了如今的细如尘埃，其体积的变化同时促进着世界计算机工业的发展。晶体管的技术进步代表了世界先进生产力的发展史。

1948 年，马塔利和维尔克在法国发明了点接触式晶体管，第一台晶体管诞生（因体积大，单位为“台”）；

1950 年，日本的西泽润一和渡边宁发明了结式场效应晶体管(JFET)。1952 年，基于晶体管的助听器和收音机投入市场；

1954 年，贝尔实验室的坦恩鲍姆制备了第一个硅晶体管，同年开发了第一台晶体管化的计算机，1955 年，IBM公司开发了包含2000 个晶体管的商用计算机。

1959 年，仙童公司的诺伊斯(他后来创立了英特尔公司)用铝作为导电条制备集成电路。从此，集成电路的时代开始了。

1965年，仙童公司的摩尔提出了摩尔定律(Moore’s law)：集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18~24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

摩尔定律的初衷，是基于之前晶体管发展进度的经验推算，没想到揭示了未来几十年芯片技术的发展速度。

在PC和手机中，晶体管的数量直接影响着运算速度。去年的华为麒麟980芯片一经发布即成为全球瞩目的焦点，正是因为其首发了全球第一颗使用7nm制程工艺的手机处理器，这颗处理器的晶体管数量达到了69亿个。

而今年发布的麒麟990处理器，更是在指甲盖大小的面积上，集成了103亿个晶体管。

看到这里，网友可能会问【“如果按照摩尔定律，会不会发展到针尖大小就能集成100多亿晶体管呢？”】，很遗憾的告诉你，可能做不到了。

因为从物理特性方面来讲，7nm是硅晶材质半导体的物理极限。在集成电路上，晶体管之间的源极和漏极基于硅元素连接。而一旦晶体管之间的栅长（间距）低于7nm，硅元素就会发生量子隧穿效应，而无法再保持其半导体的物理特性。针对此瓶颈问题，现在的科学界主要有两种解决方案：

1、将晶体管布置结构从水平变成垂直，建立层层相叠的多层电路。

2、研究更优质的元素来代替硅基晶体管：据美国科学家研究发现，碳纳米晶体管其性能大大超越现有的硅晶体管，它所通过的电量比硅晶体管高了1.9倍。

值得鼓舞的是，我国在突破晶体管技术瓶颈方面也走到了世界的前列，大有后来居上的势头。

在今年上半年，中国科学院微电子研究所专家表示，目前团队已经研发出了3nm晶体管。但是由于从研发成果转化到投入实际使用尚需漫长的道路。在此，还是期待中国的半导体工业早日跻身高端，走向世界。

手机故事汇

感谢您的阅读！

在麒麟990中，一块仅有113.31平方微米的地方，被放入了103亿颗晶体管，你可以在下图看到，麒麟990密密麻麻的晶体管。

而晶体管实际上我们是看不见的，只能通过用高倍电子显微镜放大10万倍才能够看到，这就是为什么我们知道晶体管看似很小，拍出来的效果很大。晶体管的低成本、灵活性和可靠性强：下图是三栅极晶体管。

实际上，在之前，有一家叫做Cerebras Systems的公司发布的世界最大芯片“WSE”：

所以，别看芯片小，更别小看晶体管，它们的层级排序，所以能够更好的带来性能优势。未来，即使3nm的工艺节点，也会存在问题。

总结下：能够拍摄出极大晶体管，主要是因为在特殊设备下，可能是显微镜等等。当然，知道也没有意义，处理器的能力不仅仅一个晶体管发挥的，还是其他方面，比如CPU或者GPU 的能力等等。

LeoGo科技

    华为的麒麟990处理器，采用了7nm工艺制程，集成了103亿个晶体管。这103亿个晶体管密密麻麻的分不到只有指甲盖大小的手机Soc中（14mm*14mm）。比拇指还小的芯片集成了上亿个晶体管，那么小的晶体管是什么样子的呢？下文具体说一说。

    一个晶体管的结构

    晶体管主要由源极（Source）、漏极（Drain）、栅极（Gate）组成，大体结构如下图所示▼。

    集体管工作时，电流从源极（Source）流入漏极（Drain），栅极（Gate）相当于闸门，负责控制两端源极和漏极的通断。电流会损耗，栅极的宽度就决定了电流通过时的损耗，直观的表现就是手机的发热和功耗，栅极的宽度越窄，功耗越低。

    栅极的宽度，就是我们经常听说的XX nm制程工艺，比如麒麟990采用了台积电7nm制程工艺。

    手机处理器

    简单说一下手机处理器，即Soc。处理器不仅包含了CPU，还包括了GPU、DSP、ISP、内存控制器、基带等等，而这些都集成到指甲壳大小的芯片中：

• CPU单核性能决定了程序打开速度，苹果手机的A处理器单核性能可以说“天下无敌”了；

• GPU性能决定了游戏帧数，高分辨率显示输出，如果GPU性能差，那么大型游戏就会卡顿；

• ISP性能决定了拍照的画质和体验，典型的例子就是MTK的处理器，拍照画质一般；

• WiFi模块决定了手机无线速率和稳定性，大部分手机仅支持双通道；

• LTE性能决定了4G上网的速度，信号的稳定性，苹果手机是个例外，没有自己的基带，集成了英特尔基带的iphone xs系列手机频繁出问题。

    总之，网上看到的芯片图片，能看到晶体管的布局，都是在显微镜下看到的，放到了几十万倍的结果。指甲壳的芯片集成了上亿颗晶体管，包含了CPU、GPU、ISP、基带等模块，各个模块之间可以高速通信。

Geek视界

问题：小白问一个愚蠢的问题，芯片里有由成千上万的晶体管，为什么在网上搜索晶体管图片都非常大？

回答：现在的CPU真的很小很小很小很小，但是网上的晶体管图片都非常大，因为大部分都是渲染图来的。

我们看到的当然是一块芯片的图片，但是有人用X光一照就能看到它的面积和分布图了。

实际上，麒麟990也只有指甲盖一样的大小的，比图中的还要小，然而这么小的面积中，竟然能够容纳了103亿颗晶体管。

那么，网上能够看到一根一根的晶体管的图，它们是真的把晶体管放大并且拍照吗？这个可能性不是没有，但是实际上更多的是渲染图。即使是专利图，也是做一个示意的而已。

（某个晶体管和半导体专利的示意图）

也就是说，大概的晶体管是怎么样的，然后根据设计的需求，觉得怎么好看，就怎么P，进行视觉渲染，这是方便宣传或者是教学的时候使用。

真正的晶体管并不是这样的！即使是通过专业的显微镜，放大了10万倍，实际上的情况跟我们网上的渲染图也是不一样的！

说白了，网上的晶体管的图，大部分都是为了好看，而P得很好看的。

太平洋电脑网

因为小的拍不到图片。

现在CPU已经开始使用10nm的技术制造，虽然并不代表晶体管就是这么大，但是一粒灰尘都比晶体管大得多，这么小的尺寸基本上只能用电子显微镜才能看到，想要拍到应该只能在芯片还没封装的时候，在无尘室里才行。这应该只有cpu生产厂家内部才能拍到，决算他们内部有，这些图也不可能流传出来。

下面一张是40倍显微镜下的暴力拆解的CPU芯片图，型号是Pentium D 820，制程是90nm。

下面是一张800倍

完全看不出来这是晶体管，只有很多色彩斑斓的点，显然显微镜的放大倍数不够。估计万倍或者更高的放大倍数才能一窥真容。

晶体管有很多种，LED灯也是晶体管的一种，由于大规模集成电路里晶体管拍不到，所以平时搜索晶体管显示的都是像led灯这种相对较大的。

科级鸡

很好理解！你在网上看到的晶体管我们称为分立元件，要安装电路板使用的，所以必须有安全的封装，体积很大。

而我们常说的芯片属于集成电路，顾名思义！把大数量的微晶体管集成到一个小芯片里，下图为一款芯片的内部设计图，密密麻麻、层层叠叠！当然这就不可能一个个的做了，所以就有了光刻等等技术。

用一种简单的描述：就是一个硅片，然后在上面做光刻，接着做腐蚀，上面做沉积，然后在上面做离子注入，等等最后才是切割、封装。然后形成各种各样的芯片，见上图。

而这个密密麻麻的晶体管数量，专业名称叫MTr/mm²，即每平方毫米X百万个晶体管表，上图是不是很恐怖？体积就太小了。

按照摩尔定律：每隔 18~24 个月，集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。

2020年伊始，台积电、三星已经完成了奔向 5nm、3nm，台积电在中国台湾的第一家3nm工厂将于2021年投产。

即将发布的apple A14芯片，采用了5纳米工艺，拥有125亿个晶体管。

就是这么简单！您理解了吗？

叮当新科技

为了大家看的清楚，那都是放大了无数倍的样子了，难道还要给你搜索的你再配个显微镜不成，直接要看的也就是个集成电路芯片而已。

旅游思享

晶体管是一个很大的类型，样子千差万别，尺寸更是多种多样，芯片里的晶体管尺寸是纳米级别，题主网上搜索到的晶体管（如下图），属于分立元件，就是独立的零件，尺寸较大，单个制作成本较高（相对于纳米级别晶体管），但制作技术较低。

这种晶体管作为零配件焊接到电路板上，可以用肉眼看到，常用在较大功率（相对于芯片内集成的晶体管）、比较简单、低成本的电路设计上，如下图。下图中的三极管就是晶体管。

芯片内集成的晶体管具有尺寸极小（见下图）、功耗极低、制作技术较高（纳米级别的需要光刻），但因为规模效应，一个芯片内常常集成数以亿计的晶体管，所以分摊到每个晶体管上，制作成本又极低，比印刷一个字符还便宜。

成本有多低呢？苹果A13芯片集成了85亿个晶体管，成本64美元，按现有汇率计算，约合人民币448元，平均每个晶体管成本为0.00000527059分钱，而一个分立元件晶体管，便宜的每个要几分钱，贵的则要好几元，比芯片集成的晶体管贵差不多10万倍。

不过，无论晶体管价格、尺寸差别有多大，它们的原理都一样，都有栅极、源极和漏极（如下图），这三个极即使在尺寸较大、肉眼可见（第一幅图的）的晶体管也看不到，它们被封装到陶瓷、塑料或金属批帽中，我们能看到的是连接它们的三个引脚。

芯片的世界神奇、伟大，由于它是现代工业世界的面包，所以成为大国竞技的筹码。对此感兴趣，可以关注我阅读头条专栏《大国芯片战争之狂野硅谷》，从晶体管发明讲起，全面展示大国间为芯片展开的高科技战争，以及台前幕后精彩故事，可提升自身知识价值维度，了解当今高科技世界运作秘密，加强自身社会适应力。

魔铁的世界

这是一个简单的问题。但是如果从事的不是这个行业，就会觉得很陌生，俗话说：隔行如隔山！

晶体管只是一个统称，可以包括：二极管、三极管、稳压管，也可以是功率管、放大器等等。总之，晶体管都是由半导体材料加工而成的。我们又经常把它们归属到分立元件一类。

随着世界上电子科技的发展，开始出现了集成电路，再后来又推出了门阵列GAL、PAL 以及可编程的大规模集成电路芯片，也就是将所有的电路集成到一小片半导体材料“硅钢片”上，通过高精度的光刻机来实现这种高尖端的制造工艺！而这些芯片其实就是由无数个最基础的晶体管电路搭建、组合而成的！

如果说你在网上见到的晶体管很大，那说明你看到的只是一些大功率的管子。它们通常适用于电流很大的强电控制场合，所以采用的晶体管功率也一定很大。而功率大就要求其散热性能一定很好，而要达到良好的散热就只能加大功率管的体积！具体原因还有很多，这里不在多述了！

MM8421

谢谢您的问题。晶体管的设计是要求不断缩小的，网上的图片都是放大的。

无法想象的晶体管数量。晶片的性能提升必须要容纳更多的晶体管。英特尔公司推出的Stratix 10 GX 10M芯片，包含了433亿个晶体管。美国AI初创公司Cerebras Systems宣布自己研发了世界最大的芯片WSE，包含了1.2万亿个晶体管。全球超级计算机下一个时代将是E级超算，每秒将达到百亿亿次浮点运算，难以想象芯片会含有多少个晶体管。

不断压缩的晶体管体积。这里就会涉及nm工艺，nm实际上讲的是栅极的大小，也可以理解为栅长距离，包括28nm、14nm、7nm，距离尺寸越来越小，芯片的体积也会越来越小，工艺制程越来越高。由于栅极越短，电流流通越快，功耗和成本就越小，但是晶体管的数量还要不断增加以保证性能，所以晶体管的尺寸也要不断变小。而且，对于硅材料芯片，7nm似乎到了物理极限，需要研发新的材料，才有可能能装进更多的晶体管。

關鍵字: 科技 芯片 处理器