在我們談到半導(dǎo)體制造的尖端工藝時，總在說 10nm、7nm，那么所謂的 10nm、7nm 究竟是指的晶體管的哪個部分呢？有人說是晶體管間距，有人說是晶體管柵的長度，事實真的是如此嗎？Vj7esmc

來自面包板社區(qū)的明星博主——歐陽洋蔥就這一角度發(fā)表了自己的見解。Vj7esmc

其實我之前發(fā) 7nm 工藝介紹相關(guān)的文章的時候，就提到過：我們說 7nm 工藝，那 7nm 這數(shù)字究竟還存在毛意義？它大概除了用于表現(xiàn)在市場上某一個工藝節(jié)點，數(shù)字本身已經(jīng)沒有任何意義了。至少，臺積電、三星的 7nm 節(jié)點上，晶體管并不存在任何一個物理參數(shù)是 7nm 的。那它有什么資格叫 7nm 呢？Vj7esmc

原本針對這一點，我也挺想花時間去研究一下的。不過前一陣發(fā)現(xiàn) Linus Tech Tips 對此專門發(fā)表了一則視頻，我覺得講的特別清楚。這則視頻內(nèi)容構(gòu)成，也獲得了 Intel 兩名工程師的協(xié)助。作為一名稱職的搬運工，我將此視頻的內(nèi)容做濃縮，有興趣的還是也可以去看看原視頻。Vj7esmc

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在 1997 年以前，幾點幾微米，或者幾百納米，那的的確確是指的晶體管上面的 gate 的長度（gate 在大陸叫做柵，在臺灣叫做閘，我個人覺得閘是個明顯更好的譯法），注意是長度（圖上標(biāo)的 Lg，當(dāng)然了，這已經(jīng)是 FinFET 結(jié)構(gòu)了，但大致意思不變）。Vj7esmc

而在 1997 年以前，工藝數(shù)字的步進(jìn)是以每代是上一代的 0.7 倍為節(jié)奏的，因為 0.7x0.7 約等于 0.5，也就是晶體管整體面積相比上一代縮小一倍——就是當(dāng)年摩爾定律所說，工藝迭代面積小一倍，性能增一倍。當(dāng)時的工藝在 350nm，也就是 0.35μm。Vj7esmc

1997 年以后，gate 長度的縮減速度更快了——至少快于 0.7 倍步進(jìn)這個節(jié)奏，但晶體管的其他部分尺寸卻未能按照這么快的速度去減小。所以 gate 長度這個時候?qū)τ诤饬烤w管尺寸的意義已經(jīng)沒那么大了。后續(xù)的工藝節(jié)點數(shù)字，命名開始逐步用于反映一組晶體管構(gòu)成的單元尺寸（而且通常是最高密度單元庫），即便單元本身的尺寸和這個數(shù)字相去甚遠(yuǎn)。Vj7esmc

奔騰 3 處理器的 250nm 即是這種規(guī)則下的數(shù)字，這個數(shù)字本身實際上大約是上一代 350nm 的 0.7 倍。因為這代工藝的性能大約等于上一代的兩倍——所以取 0.7 倍這個數(shù)字也是十分合理的（假裝面積也小一倍）。但 250nm 節(jié)點的 gate 長度實則大約為 190nm，而不是 250nm。Vj7esmc

2012 年，22nm 節(jié)點問世，隨即而來的是一種新型的晶體管，也就是 FinFET。這種 3D 結(jié)構(gòu)，要用一個數(shù)字來衡量尺寸的難度其實就更大了。但業(yè)界仍然在遵循 0.7 倍的命名原則，包括 14nm、10nm。到這一時期，這些數(shù)字就幾乎不存在任何實際意義了——或者說，其實際意義顯然已經(jīng)不大了。Vj7esmc

所以看我之前寫的 7nm 工藝的文章中，你就會發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的晶體管，并不存在任何一個組成部分的長寬高是 7nm。Vj7esmc

而實際上，如果我們要追求晶體管上某部分參數(shù)的最小值，恐怕可以看一看 fin 寬度。比如 Intel 的 10nm 工藝，晶體管的 fin 寬度為 7nm——恐怕是整個晶體管上，與 10nm 這個名義上的值最接近的部分了。而其他組成部分的差距就比較大了，比如說相鄰 fin 間距是 34nm，gate 長度是 18nm，gate 間距是 36nm 等等。Vj7esmc

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來源：IntelVj7esmc

不同芯片制造商，針對這個數(shù)字節(jié)點的態(tài)度是不一樣的。所以臺積電、Intel 之間的這個節(jié)點數(shù)字就不能直接比較，這個想必很多同學(xué)是知道的。比如我們一般認(rèn)為 Intel 的 10nm 與臺積電的 7nm 屬于同代工藝；而三星規(guī)劃中的 4nm 工藝，在晶體管密度上實則可能還比不上 Intel 的 7nm。Vj7esmc

現(xiàn)在應(yīng)該考慮一些更重要的參數(shù)，包括晶體管密度，以及材料方面的提升用以加強(qiáng)性能，還有結(jié)構(gòu)上的提升，讓電子通過地更快。這些其實在節(jié)點數(shù)字上不會表達(dá)出來，典型如 high-k metal gate、FinFET 結(jié)構(gòu)本身之類的。Vj7esmc

有關(guān)這部分，歡迎參考我整理的另一篇文章《為什么說Intel的10nm工藝比別家7nm更先進(jìn)？（上）》，能夠更好地理解，不同半導(dǎo)體工廠在工藝宣傳上的差別。Vj7esmc

所以別再說出，14nm 是 7nm 兩倍（或者面積是 4 倍）這種話了。Vj7esmc

[2] 更多參考：Intel's 10nm Cannon Lake and Core i3-8121U Deep Dive Review - AnandTechVj7esmc

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