7纳米芯片指用7纳米工艺制程生产的芯片

最近华为被美国制裁的事在网上炒得沸沸扬扬，大家在茶余饭后都在谈论7纳米（nm)、5纳米（nm)芯片的事，大家知道芯片中的纳米（nm）指的是什么呢？其实指的是生产芯片的工艺制程哦。

纳米是长度的单位，可以用来量度物体的大小，1毫米（mm）大家知道吧？1000微米（um）等于1毫米（mm），而1000纳米（nm)等于1微米（um），这样大家就对纳米的大小有一个概念了吧。芯片中提到的纳米(nm)很有意思，有兴趣的可以往下看哦，别忘记点赞就行了！

纳米是芯片哪个位置的尺寸？

芯片又叫集成电路，在1957由有一位名字叫基尔比的美国工程师发明的，在集成电路发明之前，电子产品都是用电子管或者晶体管来设计的，基尔比把晶体管、电阻和电容等集成在一块很小的平板上，然后用很细的线把它们焊接起来实现一个特别的功能，这就是最原始的芯片（集成电路）了。

所以（芯片）集成电路其实就是集成了大量晶体管的电路，现在的（芯片）集成电路已经非常先进，我们可以直接在硅片（晶片）上做出超大规模数量的晶体管，实现超级强大的运算能力。

其实7纳米或者20纳米指的是单个晶休管的栅极的长度。晶体管工作时，电流从漏极(Drain)流向源极(Source)，但要受栅极(Gate)这道闸门控制，所谓的7纳米(nm)就是这道闸门宽度了。

大家都知道在计算机的数字世界里只有“0”和“1”，所有指令、数据都是由“0”和“1”组合组成，晶体管的打开和关闭正好对应着“0”和“1”两种状态。

芯片为什么要做得那么小？

大家都说7nm芯片比14nm芯片先进，5nm芯片比7nm芯片先进，这是什么情况，做得那么小不难吗？

尺寸越小，当然越难了。但不做小不行啊。要提高芯片的性能，我们需要给芯片的CPU加入更多的核心，而越先进的核心集成的晶体管数量也会越多。

据说华为麒麟990 5G SoC芯片集成了超过100亿个晶体管。这么多的晶体管，不做小点能放得下吗？虽然芯片中的晶体管工作需要的电流极小，但那么多数量的晶体管加起来就有点多了哦。晶体管的尺寸缩小后，它的导通电压就可以减少，需要的电流也会减少，这样就可以降低芯片的功耗了。

目前计算机上用的CPU一般都用14nm生产，尺寸也会相对较大一些。但手机用的SoC就不一样了，因为手机尺寸本来就相对较少，电池容量也相对有限，所以对功耗有着苛刻的要求，如果又想提升性能又想降低功耗，只能把芯片尽量往小去做了。

做小还有一个好处是降低成本，尺寸越小，同一块晶圆就可以生产出越多的芯片了。

目前华为、苹果、高通的等最先进的手机SoC都用上了7纳米的工艺，在2020年下半年估计就会出现5nm的芯片了。

但把芯片做小，难度也会相应提高，所以性能相对差一点的芯片我们就可以用14nm、20nm或者28nm工艺去生产了。

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举一个例子：在一张A4纸上，你用毛笔在上面写字和用签字笔在上面写字，谁写的多？20和7就是毛笔和签字笔的关系，是不是用签字笔写字写的多？而且我写完一篇文章，还不需要这么大的纸张。比喻应该比较形象吧！

7纳米芯片是指通过7纳米工艺生产的芯片

最近，华为被美国制裁的问题成为互联网上的热门话题。晚饭后，每个人都在谈论7纳米和5纳米芯片。你知道纳米指的是什么吗？实际上，它指的是生产芯片的工艺过程。

纳米是长度的单位。它可以用来测量量度物体的大小。每个人都知道它是1毫米吗？1000微米等于1毫米，1000纳米等于1微米，所以每个人对纳米的大小都有一个概念。芯片中提到的纳米非常有趣。感兴趣的人可以往下看。别忘了赞美它！

纳米芯片的尺寸在哪个位置？

芯片也被称为集成电路。它是由一位名叫基尔比的美国工程师在1957年发明的。在集成电路发明之前，电子产品是用电子管或晶体管设计的。基尔比将晶体管、电阻和电容集成在一个小平板上，然后用非常细的导线焊接起来，实现一种特殊的功能。这是最原始的芯片(集成电路)。

所以(芯片)集成电路实际上是集成了大量晶体管的电路。现在(芯片)集成电路非常先进。我们可以直接在硅片(芯片)上制作超大数量的晶体管，以实现超强的计算能力。

事实上，7纳米或20纳米是指单晶管的网格长度。当晶体管工作时，电流从漏极流向源极，但受栅极控制。所谓的7纳米是栅极宽度。

每个人都知道在计算机的数字世界里只有“0”和“1”。所有指令和数据由“0”和“1”组合组成。晶体管的开和关对应于“0”和“1”状态。

为什么芯片这么小？

每个人都说7纳米芯片比14纳米芯片更先进，5纳米芯片比7纳米芯片更先进。情况如何，让它变得这么小不是很难吗？

当然，尺寸越小，越难。但是不变小是没有好处的。为了提高芯片的性能，我们需要给芯片的中央处理器增加更多的内核，内核越先进，集成的晶体管就越多。

据说华为麒麟990 5G SoC芯片集成了100多亿个晶体管。有这么多晶体管，它们能在不变小的情况下安装吗？尽管芯片中的晶体管只需要很小的电流就能工作，但晶体管的数量加起来还是有点多。晶体管尺寸减小后，其导通电压可以降低，所需电流也将降低，从而降低芯片功耗。

目前，计算机中使用的中央处理器一般是在14纳米生产的，其体积会相对较大。然而，手机的SoC是不同的，因为手机的体积相对较小，电池容量相对有限，所以对功耗有严格的要求。如果您想提高性能和降低功耗，您只能将芯片做得尽可能小。

小的另一个好处是降低成本。尺寸越小，同一晶片可以生产的芯片越多。

目前，华为，苹果和高通最先进的手机芯片都采用7纳米工艺，预计2020年下半年将出现5纳米芯片。

然而，如果芯片做得很小，难度也会相应增加，所以我们可以用14纳米、20纳米或28纳米的工艺来生产性能相对较差的芯片。

芯片就是在一块非常小的硅片上集成了大量的晶体管以及电路，20纳米和7纳米是指的制造芯片的工艺，也就是说在硅片上晶体管的宽度是20纳米和7纳米，这样一个小小的硅片上就可以集成上亿个晶体管，实现强大的逻辑运算功能。

同样大小的芯片上集成的晶体管越多，自然也就能够做更加复杂的运算，实现更强大的功能。这个也如同我们写字一样，我们如果用毛笔写字，写出来的字自然是非常粗的，那样一张纸上写不了几个字。而用普通的钢笔写的话，写的字自然比较细，一张纸上可以密密麻麻的写很多字。如果不是为了练书法的话，一般人写文书是不会去用毛笔写的。

要知道没有集成电路的时候，最早建立的计算机甚至有几个房子那么大，而且能够运算的功能非常的有限，当时一秒钟也就只行几千次或者是上万次的计算。因为当时晶体管比较大，你要弄出数百万个晶体管的话，那样一个房间都未必能装得下。而现在一个小小的芯片上能集成上亿个晶体管，功能自然不可同日而语，现在一个小小的PC机的CPU就有上亿个晶体管，每秒钟的运算能力达到几十亿次甚至上百亿次，而大规模计算机的计算能力更是上万亿次。

所以集成电路的制造工艺就显得非常重要了，只有有了尖端的制造工艺才能够制造出不落后于时代的芯片出来。现在华为的麒麟CPU采用的是台积电7纳米和5纳米的工艺，性能自然相当的先进，再加上华为海思的优秀设计，甚至远远超过了高通的同类芯片。一旦台积电因为美国的禁令不再给华为代工芯片，华为自然就无法造出如此先进的芯片。中芯国际目前最先进的水平是14纳米，这样造出来的芯片性能就要差上不少。

虽然中芯国际不久就有七纳米的工艺，但这也是中芯国际的极限，再往上就不行了，除非能够得到ASML的极紫外线关刻机。而高通的芯片制造工艺与时俱进，还在进一步上升之中，所以这对华为相当的不利。

    在描述手机芯片性能时，经常听说22nm、14nm、7nm这些数值，制程工艺是手机性能的重要指标之一。每一次制程工艺的提升，会带来性能的提升，以及功耗的降低，那么这个几纳米是怎么计算的呢？下文具体说一说。

    晶体管

    首先从芯片的单位晶体管说起，华为的麒麟990处理器，采用了台积电的7nm EUV制程工艺，集成了100亿个晶体管。单个晶体管的结构大致如下图所示▼。

    在单个晶体管中，电流从Source（源极）流向了Drain（漏极），Gate（栅极）相当于闸门，控制源极和漏极的通断，通电1断电0，这样就实现了计算机的运算。Gate（栅极）的最小宽度，也称为栅长，就是所谓的xx nm工艺中的数值。通常情况下，栅极的宽度决定了电流通过时的损耗，表现出来就是手机的发热和功耗。

    对于台积电、三星、intel等芯片制造商来说，需要不断提升技术，力求将栅极宽度做多的越窄越好，单位面积不仅可以容纳更多的晶体管，也更容易控制功耗。不过随着栅极宽度的降低，也会出现“电流泄漏”等问题，因此需要采用新的工艺，解决这些问题。

    原子的大小是0.1nm，10nm的工艺制程，要保证一条线上只有100个原子，一个原子出现问题，整个产品就报废了，产品的良品率就会大打折扣。随着finFET能力已经探底，未来可能采用纳米片FET打造下一代晶体管，有望实现3nm、2nm，甚至1nm。

    光刻机：沙子变芯片

    芯片的制造离不开一台重要的设备：光刻机，可以将沙子变成芯片。

    简单来说，首先从沙子中提取到硅元素，即单晶硅，将单晶硅制作成硅锭，切割成1mm厚的圆片，也就说所谓的晶圆，如下图所示▼。

    接下来，光刻机就要上场了，在硅圆片上涂抹光刻胶，使用光刻机对硅片进行照射，将芯片的图纸印到硅片上，这一步最复杂，成本也最高。目前，世界上生产光刻机的厂商只有寥寥几家，荷兰的ASML、日本尼康和佳能，我国的上海微电子，其中能够生产EUV光刻机的只有荷兰的ASML。

    图纸刻在硅片上之后，还需要经过蚀刻、离子注入、封装等环节，最终形成了手机处理器、电脑CPU、GPU、闪存等芯片。

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晶体管是芯片的最基本单元，它的响应速度快，准确性高，被用于各种各种的数字和模拟功能，包括放大、开关、稳压、信号调制和振荡器等等。几亿或者更多的晶体管集成电路可以封装在一个非常小得区域内，这就是芯片。

英特尔10nm芯片，每平方毫米有1.008亿个晶体管。1纳米相当于4倍原子大小，是一根头发丝直径的10万分之一，比单个细菌（5微米）长度还要小得多。

制造芯片和盖房子是差不多的，先由硅晶圆作为地基，往上一层层的堆叠电路和晶体管。

芯片制造常用栅极长度来描述芯片的工艺制程，nm数越小代表越先进。

我们常说的14nm、12nm、10mm、7nm的芯片，nm就是指芯片的工艺制程，也就是芯片里面的晶体管的栅极长度。

通过电子显微镜观察、对比32nm和22nm平面晶体管。

我们可以发现，nm数越小晶体管的栅极长度就越小，晶体管也就越小，单位面积内所能容纳的晶体管的数量也就越多。

7nm比20nm的芯片工艺制程要先进，它能把晶体管的栅极长度做得更小，其结果就是晶体管的规模增大、频率提高、功耗下降。

根据登德尔缩放比例定律：晶体管面积的缩小，使得其所消耗的电压以及电流会以差不多相同的比例缩小。

• 规模包括晶体管密度、栅极间距、最小金属间距等。
• 频率和功耗对应指标主要包括栅极长度、鳍片高度等。

晶体管栅极长度缩小（或沟道长度缩小），那么源极与漏极之间距离就会缩小，电子仅需流动较短的距离就能够运行，从而可以增加晶体管开关切换频率，提升芯片工作频率，也可以减低内阻，降低导通电压，在相同工作频率下电压下降带来功耗降低。

晶体管变小后，可以缩小芯片的面积，提高芯片的良品率并降低成本，一块晶圆可以生产更多的芯片。晶体管密度提高，可以扩大芯片的晶体管规模，增加并行工作的单元或核心。

工艺提升对于芯片性能提升影响明显

工艺提升带来晶体管规模的提升，芯片可以支持更加复杂的微架构或核心，带来架构的提升。同时，工艺的提升得芯片主频得以提升。

历年来先进制程都是先应用于旗舰级智能手机、个人电脑、服务器等。旗舰手机芯片一般走在制程前沿，最先进制程推出后即开始采用，新制程出现后向下转移，所以每当旗舰手机发布的时候除了手机的性能有所提升、功耗降低外，还有很多的黑科技，能实现更多的功能。

很多人都进入了一个误区，认为较低的工艺制程并不能实现较先进工艺制程的功能。

这个观念是错误的，实际的现实生活中，很多设备所需要的芯片并不要求很先进的工艺制程，芯片的本质还是大规模的集成电路小型化，而先进的工艺制程可以将晶体管、芯片做得更小。

举个例子：

同一个芯片的设计图采用不同的工艺制程来制造，最终制造出来的芯片实现的功能本质上是没有差别的。至于先进制程带来的优点上面已经介绍了，就不做重复。

随着芯片的工艺制程无限接近原子的大小，量子隧穿效应就会变得极为容易，会产生较大的电流泄漏问题。登德尔缩放定律的失效以及随之而来的散热问题，单纯的通过减小栅极长度，提高芯片时钟频率变得越来越难，厂商也逐渐转而向低频多核架构的研究。 未来也许会有更加先进的芯片制造工艺出现。

以上个人浅见，欢迎批评指正。

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举个例子吧；20纳米就好比你用毛笔写字，7纳米就好比你用碳素笔写字，一个耗材多，浪费，一个节省材料，储量大。

不管是20纳米还是7纳米芯片，都指的是制造工艺，一样的芯片，用20纳米工艺做，要比7纳米大3倍多，7纳米工艺要求制造设备精度更高，其实最大的区别在于整个上下游产业链的发展。

20纳米是夕阳行业，7纳米是发展期，未来是5纳米。

再举个例子吧，40年前盖房子用的是土坯，耗时耗力笨重不结实，平房都盖不高，盖不了高楼大厦，更不要说百米摩天了。而摩天大楼要用的是高精度的钢结构模块，细节末端全是纹路焊接。20纳米就好比土坯，7纳米就好比螺丝纹路。

总之吧，20纳米就是二锅头，7纳米就是五粮液，5纳米就是茅台。

想一想吧，喝这3种酒的，做这三种酒的，交易这三种酒的，这些人有什么不同。

中国制造2025靠的就是这些7纳米和5纳米技术设备，他是国家腾飞的推进器。

我们现在用的大多是14纳米技术，手机大部分是7纳米技术（高端手机），民用产品很多还是20纳米技术，最明显的区别技术设备大，耗电多，发热厉害，故障率高。

总之，20纳米和7纳米就是自行车与跑车的区别，自己去想吧。

大实话：这里的纳米主要代表的是光刻技术，而不是指芯片的大小。

因为最近美国针对华为芯片供应的事情又进行了更加严格的阻拦，所以不少专业领域的名词就出现在普通人的讨论话题中。

当然，其中最被广泛讨论的就是“光刻机”与“7纳米芯片”了，所以，这里我们就来简单聊这几纳米的芯片到底指的是什么。

现在来说，几乎所有的主流手机使用的都是7纳米的芯片，大家可以把这个芯片简单地理解为那些手机厂商宣传时说的“处理器”，这就好比是智能手机的大脑。

而要想让这个“大脑”实现更多的功能，那么就得在这个芯片上进行功能添加，大家可以感觉一下这个芯片的放大图片，上面密密麻麻的就是我们所使用的功能。

不过，要想把智能手机做得功能足够多，体积还得足够小，那么在芯片上添加功能的时候，就需要用到更加精细的光刻技术。

大家可以简单地把“光”看作是一个圆柱形状，这这里的“纳米”就是这个圆柱的直径。而在芯片上添加功能的时候，就是用这个“光柱”在芯片上进行刻画。

所以，在芯片的表面积固定的情况下，那当然是这个光柱越细，然后就可以在上边刻画的功能就越多。

这就好比是让你在一张纸上写一篇作文，20纳米就好比是让你用马克笔写，7纳米就好比是是让你用圆珠笔写，那指定是用圆珠笔表达的内容更多一些嘛，其实就是类似于这个道理。

那么，道理大家都懂了，这个技术的难点在哪里呢？那就是如何产生这么“细”的光束，那这就要提到“光刻机”了。

目前全球唯一能生产7纳米光刻机的就是荷兰的ASML公司，而我们目前的水平仍旧跟人家有较大的差距，这则是客观现实。

大家可能看着20纳米和7纳米也就是差14纳米，这比我们的头发丝直径还要小数万倍，但是，用在芯片上来说，这就是3倍的差距，而不是十几纳米的差距了。

当然，如果说以后我们找打了其他替代方案，比如说我们不用光刻技术了，或者说我们赶超上来了，那么我们也就不用再受人家制约了。

不过现在来说，这事对我们影响确实还比较大，所以，最后还是希望大家多多支持国产吧。

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【20nm工艺和7nm工艺到底有什么区别呢？为何我们那么要提升芯片的工艺制程】

你必须要知道的是芯片的工艺制程非常的重要，它决定了芯片的先进度。所谓的XXnm工艺制程是什么意思呢？我们必须要知道，芯片的工艺制程指的是晶体管栅极的宽度，也被称为栅长。

其实，芯片中的栅长越短，则可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶体管；而我们芯片如何控制栅长长度，这是现在芯片必须要考虑的问题。

实际上，20nm工艺和7nm工艺制程确实有区别的。这里的区别在哪里呢？20nm工艺在晶体管数量，功耗等方面确实和7nm工艺的差别还是有一定区别的。

我们确实能够感觉到，7nm工艺的优势其实还是比较突出的，这种突出主要是技术方面的突出，也是在于在相同体积下，能够放置的晶体管数量越多。

并且，因为芯片的栅长更短，因此需要消耗的能力越小，芯片的功耗就越低，这种情况下，7nm远比20nm的功耗更低一些。

形象解说：就是同样一块面积容纳的电路和晶体管不一样多，七纳米比20纳米多。