03.10 為什麼不通過增加面積提升CPU性能

質不夠,量來湊,為什麼不直接搞出來一個200核芯的CPU直接走上人生巔峰呢?這就需要從比較科幻和比較實際的兩個方面來說一下這個事情了。

為什麼不通過增加面積提升CPU性能

光速

比較科幻的說法是,在電磁波的傳輸速度等同於光速的前提下,一個指令在一個週期內傳輸的距離是0.1m,如果把CPU做大了,那麼可能這個指令傳輸出去之後,就需要倒一倒時差了,如果把CPU做大了,那麼這個指令或者說是CPU的數據就不同步了,因此就需要在CPU中再劃出一片地方來規劃處一個數據同步的地方。CPU增加面積來堆料,主要也就是增加核芯,但是CPU增加的兩倍核芯所帶來的一定不是兩倍的性能,並且CPU核心數量越多這個性能遞減的就越明顯,這就是從CPU性能方面說明的比較科幻的說法。

為什麼不通過增加面積提升CPU性能

晶圓中CPU

這個比較實際的說法是,增大晶圓中CPU的面積來堆內核,那麼產品的良率就會變得比較低,而這個產片的良率直接影響到產品的價格,對於消費者而言,自己的錢包定會縮水。對CPU的製造商而言,CPU製程從22納米到14納米再到10納米,製程的每一次進步,CPU製造商都會投入大量的財力、物力和人力資本,即便是這樣幾乎所有的CPU製造商還是在前赴後繼,樂不思蜀的跟進。這究竟是為什麼呢?這一切還得從這一片片鋥光瓦亮的晶圓說起(如果想了解更多晶圓的信息,請關注我,並閱讀我的作品《沙子變成集成電路(cpu)的全過程》)。

為什麼不通過增加面積提升CPU性能

晶圓中CPU

晶圓肉眼一看光潔如鏡,但是用顯微鏡觀察,你就會發現晶圓上有很多的坑坑窪窪,還有灰塵,在100多原子的這個精度之下,晶圓上的任何一個灰塵,一個坑都會導致二極管三極管的線路斷開,從而導致整個芯片就廢掉了。舉個極端一點的例子,就像下圖這樣,同樣一款晶圓,同樣數量和位置的兩個坑,如果製作1、2兩個CPU,那麼1、2CPU就都是壞的,整片晶圓就廢掉了,如果我製作1、2、3、4四個CPU,那麼1、2是壞的,3、4是好的,最後還可以生產出來兩塊合格的CPU,這說明了,CPU設計的越大那麼遇到坑的幾率就越高, CPU壞的幾率就越大達到一定程度,搞不好製造商的投入會血本無歸。

為什麼不通過增加面積提升CPU性能

實例

反正不管你見,或者不見,坑就在那裡,不增不減,只有提高製程,縮小CPU面積,才會提高良品率,也就間接的省了錢。並且隨著製程的提高CPU還更加的省電了,性能也更好了。所以由有上述可見,提高CPU製程,對消費者和製造商是雙贏的,這也就是為什麼不通過增加CPU的晶圓面積來提升CPU性能的原因了。

為什麼不通過增加面積提升CPU性能

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