5纳米芯片与7纳米芯片哪个好？

毋庸置疑，同样电路设计条件下5nm的芯片肯定比7nm芯片的芯片性能要好。nm（纳米）是一个长度单位，数字越小说明芯片的加工工艺越先进。芯片的加工工艺有个专业名词，叫制程。
为什么

文/小伊评科技

想要解答清楚这个问题，我们首先要弄清楚一个问题——“在半导体芯片中，工艺的提升究竟可以带来什么样的价值”。

半导体芯片内部的构造虽然非常复杂，有各种逻辑结构，内核，门电路等等。

但是归根结底，半导体芯片就是数十亿甚至数百亿颗晶体管组成的，而晶体管是什么？说白了就是一堆电路开关，开关中的开代表0，开关的关代表1，而我们所有的计算命令最终都会转化为类似“010101”这样的二进制数据。

芯片之所以可以具备计算能力，就是通过这些“开关”所构成的无数个门电路以及这些门电路所构成的计算单元来实现的。

如下图所示，这是一个最基础的，用来计算“1+1=2”的逻辑电路图，他就是通过两个开关（晶体管）和一堆逻辑电路所共同构成，这就是组成芯片的最基础单位，芯片就是由数十亿甚至数百亿个这样的“逻辑电路”相连而成。

再说得简单一点，咱们家里的照明系统其实就是一个放大简化版的“芯片”，在这套系统中，开关越多，用户所能做的精细化操作也就越多，譬如一个开关可以同时开启阳台和客厅的灯，一个开关也可以同时开启厨房和厕所的灯。

在芯片中也是如此，在其他参数不变的情况下，一款芯片处理数据的能力（也就是口语化的性能）和晶体管的数量是呈正相关关系的，晶体管越多，芯片的性能就越强。

道理也很简单，就拿前文提到的那个很简单的加法器来说，如果只有一个加法器，那么同一时间就只能计算一次1+1，而如果有多个加法器就可以在同一时间计算多次1+1，效率自然大大提升，芯片的性能自然也就更高了。这也就解释了，为什么IC芯片厂商在发布新款芯片的时候都很喜欢把晶体管数量作为一个重要指标进行宣传的原因，因为这直接决定了芯片的性能。

而工艺的提升，本质上就是为了降低一个晶体管中栅极的宽度，而栅极的宽度则直接决定了单位面积内所能容纳的晶体管数量，栅极越小，单位面积下晶体管的数量也就越高，芯片的性能也就越高，这就是工艺提升所带来的最直接的提升。

如下图所示，这是英特尔，台积电，三星的工艺节点密度示意图，大家可以看到，随着工艺的提升，单位面积下的晶体管密度是越来越高的。

其次，工艺的提升还会带来一个显著优势——功耗下降。

因为工艺的提升会缩短栅极的宽度，而栅极的宽度的下降则会缩小寄生电容，而寄生电容和芯片功耗的关系是成正相关关系的，寄生电容越大，功耗越大，寄生电容越小，功耗也就越小。

举个最直接的例子，假设我们把采用20nm工艺得骁龙810处理器的GPU性能设定为1，那么目前采用4nm工艺得骁龙8处理器的GPU性能则为10，是骁龙810的十倍。

但是骁龙8的GPU峰值功耗和骁龙810则基本持平，原因是什么？就是因为工艺的提升降低了功耗。

说到这，这个问题的答案就已经很清晰了，在其他变量恒定的情况下，5nm芯片肯定要强于7nm芯片。

但是这有一个前提，那就是“其他变量恒定”，因为IC芯片厂商的设计能力，设计方案，不同芯片代工厂的性能差异等，都会影响芯片的实际性能。

举个最直接的例子，采用三星的5nm工艺的骁龙780G，难道比采用台积电7nm EUV工艺的麒麟990，苹果A13处理器更好么？并没有。

另外，不同芯片IC厂商之间对于命名的标准界定也是完全不同的，被用在骁龙888上的三星5nm芯片的晶体管密度其实并没有比台积电的7nm EUV工艺强多少，这也是造成骁龙888表现拉跨的一个重要因素之一。

END 希望可以帮到你