5納米芯片與7納米芯片哪個好?

山石田土江河


芯片的世界裡,濃縮的都是精華,小的才是最先進的,因此,同樣的芯片,5nm的肯定比7nm的好,也就是性能更強,功能更豐富,或存儲容量更大。

芯片中的nm(納米),是指採用某種工藝製程製造出的芯片的晶體管的特徵尺寸,這裡特別強調一下,特徵尺寸不是晶體管的尺寸,而是晶體管的最小尺寸。現在的芯片的核心部件基本都是CMOS(互補氧化物)晶體管,其特徵尺寸就是“柵極”的寬度,即溝道長度。

空口說,沒有圖,聽起來很抽象,我上一幅DRAM(俗稱內存芯片)特徵尺寸圖為例。圖中山脊一樣的突起就是晶體管的柵極,其最小寬度就是特徵尺寸,5nm就是指晶體管柵極的最小尺寸是5nm。

那麼,為什麼說5nm的芯片比7nm的好呢?

隨著晶體管特徵尺寸的變小,晶體管尺寸也隨之變小,密度隨之增加。由於芯片功能/性能是否豐富/強大主要是通過晶體管數量來衡量。在上圖的DRAM芯片中,1個晶體管可以表示“0”或“1”,也就是存儲1個字節,因此晶體管數量越多,存儲的字節也越多,表現為芯片的存儲容量也越大。

16MB的內存芯片,採用500nm(0.5微米)製造工藝,相比採用800nm(0.8微米)製程工藝的內存芯片,特徵尺寸縮小了37.5%,晶體管密度增加了大約4.27倍(計算過程比較繁瑣,故省略),結果芯片存儲容量增加了3倍。

由於DRAM芯片的存儲單元比較簡單,所以晶體管密度增加之後,存儲容量增加非常明顯。而手機SoC這類高集成度的芯片,結構比較複雜,晶體管密度增加後,同樣的硅片面積可以容納更多的晶體管,從而實現更豐富的功能和更強大的性能。

麒麟980採用7nm製程工藝,相比麒麟970的10nm製程工藝更先進,晶體管密度更高,大約為0.93億個/平方毫米,麒麟970的晶體管密度則大約為0.57億個/平方毫米。結果就是麒麟980的性能超過麒麟970:採用更架構先進的CPU、GPU內核,以及支持速度更快的內存,性能更強大的NPU。

另外,先進的製程工藝使晶體管變小後,晶體管與晶體管之間距離更近,連線更短,電阻變小,耗能減少。

同時,晶體管尺寸變小的最大好處,是隻需更低的電壓就能完成充放電過程,所以更節能。英特爾奔騰2 233 CPU採用350nm工藝,核心電壓為2.8V,酷睿i7 3960X採用22nm工藝,核心電壓僅1.36V,電壓降了1倍多,能效比提升幾十倍。

總之,芯片的工藝製程是越小越好,更小的工藝製程意味著芯片有更強大的性能和更豐富的功能。


魔鐵的世界


毋庸置疑,同樣電路設計條件下5nm的芯片肯定比7nm芯片的芯片性能要好。nm(納米)是一個長度單位,數字越小說明芯片的加工工藝越先進。芯片的加工工藝有個專業名詞,叫製程。

為什麼同樣的電路設計:5nm製程的芯片就是比7nm製程的芯片好呢,其中的原因還是讓我為您娓娓道來。

什麼是芯片的製程

芯片是手機、電腦等很多電子產品的核心器件,因為封裝在電子產品內部,很少人能夠看到其廬山真面目。事實上,芯片是由大量的晶體管按照特定設計圖紙的要求連接起來,從而實現數據運算與處理的大規模集成電路。因此可以看出,晶體管是組成芯片的基本單位。

晶體管的結構如下圖所示:

晶體管由源極(Source)、漏極(Drain)和柵極(Gate)三部分組成。電流從源極流向漏極,柵極可以控制源極和漏極間電流的通斷;柵極的寬度決定了電流通過時的損耗。

製程就是指晶體管中柵極的最小寬度,以7nm芯片為例,7nm芯片就是指該芯片中晶體管的柵極最小寬度為7nm。

製程對芯片性能的影響

芯片行業流傳著一個定律叫,摩爾定律。它是由英特爾的創始人之一戈登·摩爾提出來的,內容是:當價格不變時,芯片上容納的晶體管的數量,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。

從中我們可以讀出以下信息:晶體管數量決定了芯片性能的高低。柵極的大小可以決定晶體管體積的大小,而柵極的大小取決於芯片製造過程中的製程。

也就是說製程決定了芯片的性能,其影響主要體現在以下兩點:

1.芯片功耗和發熱的減少:柵極越窄,源極和漏極間的電流通過時遇到的阻力越小,芯片運行的電流就可以越小;另外電流損耗部分轉化成的發熱就越少。因此芯片的運行功耗和發熱量就可以有效降低。

2.數據處理性能的提升:晶體管體積越小,在同等面積的條件下,可容納的晶體管數量就會增加。晶體管相當於一個開關,晶體管數量越多,開關就越多,對電路里電流的邏輯控制能力就越強,芯片對數據的處理性能也就越強。

綜上所述,芯片的製程直接影響到芯片的性能。人類對芯片性能的無限追求,導致了芯片製程的不斷進步。


觀聊天下


5nm和7nm是指什麼

芯片實際上是在硅片上製造的高度集成的電路,裡面集成了數十億個晶體管,要想將那麼多的晶體管做到極小面積的硅片之上,就需要每個晶體管的體積足夠小,電路的導線足夠細,我們所講的5nm或者7nm就是指晶體管的寬度或者叫做線寬(CD)。

綜合性能差異

芯片領域從10nm過渡到7nm,進而逐漸邁向5nm,每一次進步都伴隨著芯片性能的極大提升,據計算,芯片每前進1nm,性能將提升30%-60%,尺寸越小意味著在相同的面積之內可以儲存更多的晶體管,從而達到快的運行速度,進而也可以降低能耗。

例如,華為麒麟970使用的是10nm工藝,麒麟980時已經是7nm工藝製程,其晶體管數量從970版本的55億上升至69億,增加了25.5%,晶體管數量的增加直接促進了CPU、GPU和NPU性能的提升,從跑分上看,CPU性能提升50%,GPU性能提高100%,NPU性能提升了一倍,可見10nm跟7nm工藝的差距之大,這也正是芯片領域追求更小晶體管的原因。

臺積電5nm製程的密度高達1.8億晶體管/平方毫米,比7nm plus密度提升100%!不過壞處是,功耗降低幅度並不大,同樣晶體管數量情況下功耗只降低大概20%,這就帶來嚴重的積熱問題,熱密度很高。解決辦法只有一個:高規格加低頻率。比如現在麒麟990是Mali G76MP16@580MHz,如果採用5nm製程的話,可以藉助高密度優勢堆MP32規格(假設G76允許堆這麼多核),同時頻率降低到480MHz,這樣功耗持平,性能卻可以暴漲


數字海洋


首先要了解一下納米芯片什麼意思

簡單的講,就是我們能夠把一個單位的電晶體刻在多大尺寸的一塊芯片上。手機處理器不同於一般的電腦處理器,一部手機中能夠給它留下的尺寸是相當有限的。蝕刻尺寸越小,相同大小的處理器中擁有的計算單元也就越多,性能也就越強;

同時,先進的蝕刻技術還可以減小晶體管間電阻,讓CPU所需的電壓降低,從而使驅動它們所需要的功率也大幅度減小,有效降低功耗和發熱量。

同時,先進的蝕刻技術還可以減小晶體管間電阻,讓CPU所需的電壓降低,從而使驅動它們所需要的功率也大幅度減小,有效降低功耗和發熱量。

所以,5納米芯片意味芯片更小,單位面積晶體管更密,功耗更低

芯片的製造工藝常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm、7nm來表示。CPU內集成了以億為單位的晶體管,這種晶體管由源極、漏極和位於他們之間的柵極所組成,電流從源極流入漏極,柵極則起到控制電流通斷的作用。而所謂的多少nm其實是指,CPU的上形成的互補氧化物金屬半導體場效應晶體管柵極的寬度,也被稱為柵長。柵長越短,則可在相同尺寸的硅片上集成更多的晶體管;在芯片晶體管集成度相當的情況下,使用更先進的製造工藝,芯片面積和功耗就越小,成本也越低,這就是為什麼5nm比7nm功耗更低,性能更強。





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5nm芯片與7nm芯片哪個好呢?

在回答這個問題之前,我們不妨先聊一下半導體行業的一個潛規則定律——摩爾定律。

什麼是摩爾定律呢?

摩爾定律是由英特爾創始人之一戈登·摩爾(Gordon Moore)提出來的。其內容為:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,大約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。換言之,每一美元所能買到的計算機性能,將每隔18-24個月翻一倍以上,這一定律揭示了信息技術進步的速度 。

不過這一套幾十年來一直管用的定律卻也越來越顯現出了其侷限性,最突出的表現便是各大半導體廠商近年來被用戶吐槽開始進行“擠牙膏”行為。

就連發現摩爾定律的英特爾自己,若按照其 2007 年之後提出的每兩年“鐘擺”策略進行產品升級,本應在 2016 年就推出其 10nm 工藝的處理器,然而事實上英特爾的 10nm 處理器已經連續跳票了 3 年直至2019年。

在談論這個問題之前,我們首先得弄明白到底是什麼限制了摩爾定律的繼續發展呢?

我們都知道芯片製程工藝的提升能夠減小晶體管的面積,使得相同面積的芯片上能集成更多的晶體管,同時還能降低晶體管的功耗及硅片成本,而這固然是其好的一方面。但隨著製程工藝提升,以納米為長度單位的晶體管之間由於距離太短、絕緣層太薄,漏電的情況同樣也就隨之而來了,這反而增加了芯片的功耗(這也是此前臺積電因漏電率高導致功耗大而被戲稱為“臺漏電”的原因)。

不過即使漏電的情況已經能通過多種辦法得以緩解或者解決,但當晶體管在 10nm 以下時,由於晶體管的電子會產生“量子隧穿效應”,導致電子不按設計的道路移動,運算準確性將受到嚴重影響,以硅為基礎的芯片材料或許將被替代。

綜上,摩爾定律前方的一大阻力便是芯片本身的物理極限。

此外,另一大阻礙則是芯片研發的成本越來越高。

雖說製程工藝提升的結果使得單位面積相同的晶圓能造出更多芯片從而能降低成本,但也正是由於芯片未來發展存在種種障礙,使得芯片要想邁向更高的臺階,半導體廠商的投入將呈倍數增長。

根據 AMD在IEDM 會議上的資料,若將生產 250 平方毫米的 45nm 芯片的生產成本定為基準 1,14/16nm 芯片的成本將達到 2,而生產 7nm 芯片的成本更將翻倍達到 4。

而具體的研發投入金額在下面這張圖中則更為直觀。

根據上圖,從 65nm 2850 萬美元的研發投入到 16nm 的 1.06 億美元再到 5nm 的 5.42 億美元,不難發現,芯片越來越成為一場燒錢的遊戲。至於更加先進的 3nm 芯片的研發成本,IBS 的 CEO Handel Jones 則表示將達到 40 億至 50 億美元,而若加上建造一座每月生產 40000 片晶圓的工廠,成本更是將達到 150~200 億美元。

但是據估算,到 3nm 芯片的時代,如此高昂的成本相較於性能的提升將從現在的 30% 下降至約 20%,這顯然十分划不來,而且這樣的投入還不一定能換來消費者的買單。

說完摩爾定律以及摩爾定律面臨的現狀問題以後,我們再回到問題本身。

通過上面關於摩爾定律的闡述以及現階段情況,相信大家很容易得出5nm製程要比7nm製程優秀!

為什麼說5nm比7nm具有優勢呢?

芯片製程工藝的提升能夠減小晶體管的面積,使得相同面積的芯片上能集成更多的晶體管,同時還能降低晶體管的功耗及硅片成本,而這固然是其好的一方面。同時如果相同芯片尺寸下,用5nm製程工藝的設計可以集成更多的功能模塊,讓芯片性能更為強大。

但是5nm製程相比7nm製程來說,也有劣勢。第一點無疑是成本提升,5nm的工藝製程設計相比7nm工藝製程會提升許多,也會導致芯片的價格上漲。第二點就是5nm芯片相對於7nm芯片的防護性能方面要更弱,更容易受到靜電的損壞,因此對於5nm芯片的防護性能也有新的挑戰,對於芯片的可靠性壽命也要求較高。

綜上,單純從芯片性能與功耗方面來看,5nm芯片更具優勢,但是相對成本也更高,芯片的防護性能也更弱,也就是製程越先進,芯片受靜電等外在因素破壞的抵抗力更差。

以上觀點僅供參考,歡迎大家關注交流!


硬件十萬個為什麼解說


所以像臺積電、三星這是著名的半導體代工廠都是不遺餘力去追求更小的製程,比如臺積電去年就邁入了7nm時代,而今年或會邁入5nm時代,而三星目前是7nm,預計2021年升級為5nm,中芯國際目前製程是12nm。

 

當然了,大家都清楚,芯片的製程自然是越小越好,這個道理基本就不需要多講了。那麼問題也就來了,如果舉例來說明,像7nm的芯片和10nn的芯片相比,差距到底有多大?

我們先說說芯片製程究竟是怎麼一回事,大家知道芯片是由晶體管組成的,製程越小,同樣面積的芯片裡,晶體管就越多,自然性能就越強了。

以華為麒麟990、麒麟980和麒麟970為例,其中990是7nm和EUV工藝、980是7nm工藝的芯片,麒麟970是10nm工藝的芯片。

 

先看晶體管數量,麒麟970為55億個晶體管,麒麟980為69億個晶體管,提升了25.5%左右,麒麟990 5G是世界上第一款晶體管數量超過100億的移動終端芯片,達到103億個晶體管,與此前的麒麟980相比晶體管增加44億個。

而體現在性能上,則遠不是晶體管增加44億這麼簡單了,因為這不僅涉及到了晶體管的多少,更是涉及到了CPU、GPU、NPU等IP核的升級。

而在具體的數值上,像CPU的跑分,麒麟980比970大約高了50%左右,而在GPU部分則高了1倍,至於NPU的跑分,更是高了1倍多;麒麟990比980在性能上提升了大約10%。

所以,簡單的通過以上數據,就可以明確對比出,更先進的5nm製程肯定比7nm製程更令人期待。但是,性能與功能的提升,不僅僅是依靠更先進的製程和工藝,更考驗的是設計能力。英特爾一直以來依靠更高的CPU運行頻率壓制著AMD,但是不能阻止AMD通過更新架構的設計實現彎道超車完成大逆轉。所以,製程僅僅是一方面要素,不代表使用更先進製程的芯片就是最好的。


淡泊說事兒


大家好!我是世歡科技接下由我來為大家解答這個問題;

5納米芯片與7納米芯片哪個好?

一.大家應該要清楚5納米意味著什麼:

1. 5納米意味著處理性能更強,同時功耗相比7納米更低。

2. 各代手機cup納米指數:驍龍810採用28納米技術、驍龍820採用20納米技術、驍龍820採用14納米技術、驍龍835採用10納米技術、驍龍845採用10納米技術、驍龍855採用7納米技術。最新驍龍865也是採用7納米技術。

總結:綜上所述5納米對比7納米芯片,5納米芯片更好且功耗和性能都會比7納米更優秀。

我是世歡科技,很高興回答您的問題,


世歡科技老田


以手機芯片為例比較芯片大小,28納米的芯片和大腳趾指甲一樣大。

14納米的和手指大拇指指甲一樣大

7納米的和手指的小指指甲一樣大。


5納米的和嬰兒的小指指甲一樣大。

對比了芯片大小,好像無法證明哪個好?

把芯片的晶體管做的越小,往芯片塞的越多,這樣軟件再大,功率越高,芯片一樣能帶的動。


所以5納米芯片比7納米芯片更強悍。散熱效果好,耗電功率越低。這是通俗的說法,用專業的說法讓普通大眾難以理解。


英雄少年66265076


這個問題很專業,納米工藝目前全世界的技術水平已經很先進了。就拿三星來說它是蘋果最大的供應商 。還有臺積電,等。華為在我國也是頂尖力量。5納米和7納米的區別就是一個是用5的技術,一個是7的技術 在同一釐米範圍內 所架設晶體管的數量,數量能達到千萬也許還要多,7納米工藝是目前頂級工藝 沒有超過7的 。希望這個回答能幫到你。



上山下河


您好,很高興為你解答!

打個比方,一個工廠有100個工人和兩百個工人他的產能肯定不一樣!

5nn就是200個人,7nn就是100個人。

所以5nn的性能肯定更好!


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