5nm芯片集体翻车，出现了哪些问题？

5nm是EUV（极紫外线）光刻机能实现的目前最先进芯片制程工艺，也是智能手机厂商争抢的宣传卖点，进入2020年下半年后，苹果A14、麒麟9000、骁龙888等5nm工艺芯片相继粉墨登场。

然而，公开的信息显示，无论A14、麒麟9000，还是骁龙888，均被曝出芯片的实际功耗发热与厂商宣传的美好相差甚远，一时间，“5nm芯片集体翻车”的话题成为网络热点。

一、骁龙888功耗等于低压酷睿？

根据AI财经社的报道，5nm芯片最让人诟病的，是性能虽然有所提升，但功耗却比7nm的明显增加，这其中表现最差的就是骁龙888，被调侃为“火龙888”。

数码评测媒体极客湾对骁龙888、骁龙865、骁龙855测试的功耗数据表明，单核功耗上，骁龙865最低，为2.3瓦，其次是骁龙855的2.4瓦，骁龙888最高，达3.3瓦，相比骁龙865高了1瓦，高出幅度达43.5%。多核功耗方面，最低的依然是骁龙865，为5.9瓦，其次是骁龙855的6.1瓦，骁龙888依然落在最后，功耗高达7.8瓦，是骁龙865的1.32倍。具体见下图。

骁龙888多核功耗高达7.8瓦是个什么概念？英特尔第11代低压酷睿i7处理器的功耗在7——15瓦，可用于超轻轻薄笔记本电脑（在无风扇散热时，功耗锁定为7瓦）。也就是说，骁龙888的多核功耗已经相当于一颗第11代低压酷睿i7处理器，但需要明确的是，低压酷睿i7处理器采用的是10nm工艺制程，落后台积电、三星的5nm不少。

英特尔处理器采用复杂指令集，理论上相比采用精简指令集的骁龙888更为耗电，但骁龙888在占据工艺先进至少一代的优势下，功耗竟然相当于英特尔低压酷睿。不知道英特尔看到这里会是什么心情。

骁龙888功耗猛增，最直观的体验就是，手机如果运行较大型的游戏，发热就比较明显。极客湾的数据表明，在某款游戏的测试中，玩了20分钟后，小米11背面温度达到了48℃，而搭载骁龙865的小米10在相同的测试环境下，温控表现更好只有41℃。

爱范儿对搭载A14芯片的iPhone12运行《原神》游戏测试表明，20分钟后，手机背面最高温度达到47℃，接近小米11。

5nm的芯片在制程工艺上更先进，为何功耗表现却落后于7nm的芯片？答案是和芯片内部的晶体管漏电有直接关系。

二、为何晶体管漏电是元凶？

A14、骁龙和麒麟等手机SoC芯片属于数字集成电路，而随着制造工艺的不断进步，集成电路的功耗越来越复杂，但总体可分为电路逻辑状态转换产生的动态功耗，以及CMOS晶体管各种泄露电流产生的静态功耗（又称漏电流功耗）。

在芯片进入深亚微米工艺时代之前，动态功耗一直是芯片设计关注的焦点，但在进入深亚微米工艺时代之后，动态功耗在总功耗中的比例越来越小，静态功耗的比例则越来越大。

当芯片制造工艺进入纳米时代后，漏电流功耗对整个功耗的影响已经变得非常显著。有研究表明，在90nm工艺的电路中，静态功耗可以占到总功耗的40%以上。

究其原因，是因为集成电路每一代制造工艺的进步，都是以缩短CMOS晶体管的沟道长度为目标，7nm工艺指的就是指沟道长度。沟道长度不断缩短，使得电源电压、阈值电压、栅极氧化层厚度等工艺参数也在不断地按比例缩小，直接导致短沟道效应（SCE）、栅极隧穿电流、结反偏隧穿电流等漏电流机制越来越显著，表现为芯片漏电流功耗不断上升。

有研究表明，当晶体管的沟道长度从130nm缩短到90nm时，即缩小30.77%，漏电流功耗上升大约39.25%，但缩短到45nm，即缩小65.4%时，漏电流功耗上升大约273.28%（具体见下图）。

也就是说，漏电流功耗和缩小的沟道长度之间不是简单的比例关系，即使沟道长度缩短一点，漏电流功耗也会有一个数量级的增长，而且随着沟道长度越来越短，漏电流功耗增长越来越快。

如果复盘芯片制造历史，会发现漏电流功耗曾长期困扰英特尔、三星和台积电等制造大厂。

三、台积电为何被称台漏电？

长期以来，芯片制造大厂一直在和漏电流功耗作斗争，每有进展，都是值得大书特书的新闻，比如英特尔。

相反，台积电2010年刚推出28nm工艺制程时，由于技术不成熟，漏电流功耗高，导致芯片的功耗大到难以接受，被市场调侃为“台漏电。”有长达6年时间，都摘不掉这顶帽子。

在当时，如何压制漏电流功耗几乎可以决定芯片工艺制程赛道上选手的身位。彼时，英特尔还是制造技术大拿，率先通过Gate-last技术压制了漏电流功耗，台积电则走了一些弯路，沿用IBM的Gate-first 技术，但效果不佳，在28nm上栽了跟斗，后在蒋尚义的主导下，改走英特尔Gate-last技术路线，才算解决漏电流功耗过高难题。

2011年第4季度，历经波折后，台积电终于量产成熟可靠的28nm制程。三星本来在32纳米制程也采用Gate-first 技术，但后来在28 纳米制程时，快速切换到Gate-Last 路线，之后的14纳米也基于Gate-Last。

梁孟松

据说，三星是通过台积电“叛将”梁孟松解决漏电流功耗问题，成功缩短与台积电的工艺差距。结果引发台积电起诉梁孟松，迫使后者离开三星半导体，辗转到中芯国际。

由此可见，压制晶体管漏电流功耗有多重要。

四、为何老迈的技术不退休？

台积电、三星和英特尔之所以能压制漏电流功耗问题，主要原因是采用了创新的鳍式场效应晶体管（简称FinFET，见附图），以替代传统的平面式晶体管。但由加州大学伯克利分校胡正明教授发明的鳍式场效应晶体管（FinFET），通过局部技术改良，从28nm工艺制程一直沿用至今，可谓发挥到了极限。随着制程工艺进入EUV时代，漏电流功耗重新成为挑战。

在7nm时，老迈的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术就应该谢幕了，由环绕栅极晶体管（GAAFET）接替。但由于技术风险和成本压力，大厂们在5nm时代仍不得不使用老迈的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术，结果就是如前文所述，5nm的芯片漏电流功耗飙涨，在功耗上集体翻车，几乎消耗掉制程工艺进步的红利。也可以看出，芯片制造技术每往前跨一步，其实都极为不易。

先给你一些关于古代的科技成就的吧！

一、天文学

1、中国古代的天象记录

2、中国古代在天体测量方面的成就

3、浑仪和简仪——中国古代测天仪器的成就

4、中国古代的历法成就

5、中国古代的宇宙理论

二、数学

1、十进位值制、筹算和珠算

2、出入相补原理

3、割圆术和圆周率

4、刘徽割圆术

5、中国剩余定理

6、高次方程数值解法和天元术

7、内插法和垛积术

8、中国古代的无穷小分割思想

三、物理学

1、中国古代的力学知识

2、中国古代的声学知识

3、指南针和中国古代的磁学知识

4、中国古代光学成就

5、四化学和化工

6、造纸术的发明和发展

7、火药和火药武器

8、驰名世界的中国瓷器

9、中国古代的油漆技术和漆器

10、古代炼丹术中的化学成就

五、地理学

1、中国古代对天气现象的观测和理论

2、中国古代的物候历和物候知识

3、中国古代的旅行考察事业

4、中国古代的水利工程和水文知识

5、马王堆出土的地图和裴秀制图六体

6、中国古代的矿物学和采矿技术

7、中国古代对海陆变迁的认识

8、中国古代的地震测报和防震抗震

六、生物学

1、中国现存的几部古代动植物志

2、中国古代的动植物分类

3、中国古代关于遗传育种的研究

4、中国古代认识和利用微生物的成就

七、农学

1、中国古代几部重要农书

2、精耕细作是中国农业技术的优良传统

3、历史悠久的中国园艺技术

4、茶

5、中国古代养蚕科学技术的发展和传播

6、中国古代畜牧兽医方面的成就

八、医药学

1、从两部古典的中医名著看中国医学的早期成就

2、中药学的突出成就

3、中国医学独特的针灸疗法

4、中国古代医学的突出成就之一——脉诊

5、中国古代的外科学成就

6、免疫法的先驱

7、世界第一部法医学专著

九、印刷术

印刷术的发明发展和外传

十、纺织

1、中国古代的纺车和织机

2、中国古代的丝绸和丝织技术

3、中国古代的葛、麻纺织

4、中国古代的染色技术

十一、冶金铸造

1、中国古代冶金技术的成就

2、炼钢技术

3、湿法冶金的起源——胆铜法

4、中国古代三大铸造技术

十二、机械

1、中国古代的农业机械

2、中国古代原动力的利用——人力的进一步发挥和自然力的有效利用

3、中国古代各种车辆、指南车和记里鼓车

4、水运仪象台

十三、建筑

1、雄伟的万里长城

2、中国古桥成就

3、世界历史名城——唐代的长安城

4、辉煌灿烂的故宫建筑

5、颐和园——中国古典园林建筑的珍贵遗产

6、中国古代高层砖石建筑——嵩岳寺塔和其他

7、世界上现存最高的古代木构建筑——山西应县木塔

十四、造船和航海

1、中国古代造船工程技术成就

2、中国古代航海技术上的成就

十五、军事技术

1、中国古代的兵器成就

2、中国古代战车、战船和城防技术成就

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十六、少数民族的科技成就

1、蒙古族在我国古代科学上的贡献

2、藏族医学的成就

3、新疆古代少数民族在农业科学技术上的贡献

4、美丽精致的壮布和壮锦

5、彝族的火器——“葫芦飞雷”

这有新中国的：

1．形成了比较完整的科学研究与技术开发体系，整体科技发展水平位居发展中国家前列。2000年国内科学研究与试验发展(R&D)经费总支出为896亿元，占当年国内生产总值(GDP)的比重为1．0％，跃居发展中国家前列。在R&D经费总支出中，基础研究占5．2％；应用研究占17．0％；试验发展占77．8％。其中各类企业支出占国内 R&D经费总支出的60．3％，已经接近发达国家的水平，表明企业逐步成为我国R&D活动的主体。

目前，已建成国家级重点实验室217个(其中包括国防科技重点实验室60个)、国家工程中心 188个，认定国家级企业技术中心294个；国际权威检索机构收录的我国科技论文数44536篇，本国居民的专利授权量92101件，其中发明专利 3097件。2000年，高新技术产品出口额247亿美元；53个国家级高新技术开发区的技工贸总收入6774．8亿元，工业增加值1476．2亿元。

2．科技体制改革取得了突破性进展，国家确定的科技体制改革阶段性目标基本实现。科技工作的战略重点正在转向国民经济建设主战场，企业科技力量得到进一步加强，242个国家级技术开发类研究院所已基本完成转制工作，多数科研机构的运作直接面向市场需求，知识创新工程试点取得初步成效，高校管理体制改革基本完成，科技资源得到了优化配置；民营科技企业迅速崛起，技术市场发展迅猛；宏观科技管理体制逐步完善，适应社会主义市场经济的新型科技体制初步形成，国家创新体系的建设正在逐步展开。

3．基础科学研究领域取得成果。人类基因测序、纳米碳管和纳米新材料、寒武纪生命大爆发研究、微机电系统研究、南海大洋钻探等方面取得了重大成果。表面科学非线性科学、认知科学以及地球系统科学等新兴交叉学科得到迅速发展。中国大陆科学钻探工程、大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜等八项国家重大科学工程的建设，为我国的基础科学研究创造了良好条件。

4．高技术研究及产业化方面有所突破。载人航天技术、运载火箭及卫星技术等航天高技术取得了重大突破。两系法杂交水稻、基因工程药物、转基因动植物、重大疾病的相关基因测序和诊断治疗等技术的突破，使我国生物技术总体水平接近发达国家。高清晰度电视、"神威"计算机、大尺寸单晶硅材料、皮肤干细胞再生技术等重大成就的取得，使我国在相应领域跃入世界先进行列。国防科技的发展为增强国防实力奠定了坚实基础，促进了国防工业的技术进步。

5．工农业科技获得进展。农业科技方面，仅"九五"期间共培育出600多个新品种，单产增产10％左右。推广水稻旱育稀植和节水技术、ABT植物调节剂和小麦旱地全生育期地膜覆盖栽培等重大技术，有力地保障了我国粮食增产目标的实现。

工业科技取得了若干重大技术突破，提升了重点产业技术水平。数字程控交换机、氧煤强化炼铁技术、镍氢电池、非晶材料等的产业化方面获得一系列重大成果。结合三峡工程、国民经济信息化、集成电路、泰山核电站二期等一系列国家重大建设工程，通过引进、消化吸收与创新，攻克了一批关键技术，掌握了若干重大成套技术装备的设计和制造技术。计算机辅助设计(CAD)、计算机集成制造系统(CIMS)等一批重大共性技术的推广应用，大幅度提高了企业技术创新能力。创新药物、水资源利用和保护、小康住宅、夏商周断代工程等一批重大项目的实施，中国科技馆二期工程及一批科普设施的建设，为社会事业的发展做出了贡献。

我国科技发展的重大成就

（一） 背景材料

1．人类基因研究成就巨大

（1） 1999年12月1日，由英、美、日等国科学家组成的研究小组宣布已被译出首对人体染色体遗传密码，这是人类科学领域的又一重大突破。人类基因组计划是人类历史上与曼哈顿原子d工程及阿波罗登月计划齐名的人类三大科学工程之一，但其价值和对人类社会的影响将远远超过前两个计划。

（2） 2000年6月26日，人类有史以来第一个基因组草图终于绘制完成，我国科学家参与并高质量地完成了人类基因组工作草图绘制百分之一的测序任务表明中国科学家有能力起跻身国际科学前沿，并做出重要贡献。

（3） 2000年2月12日，参与人类基因组计划的六国科学家联合公布了人类基因组图谱及其分析结果，人类基因组的完成图将于今年绘制出。绘制出完整的人类基因组图谱，破译出人类全部遗传信息。这一计划的实施将为人类自身疾病的诊断和防治提供依旧，给医药产业带来不可估量的变化，将促进生命科学、信息科学及一批高新技术产业的发展。

2．航空航天技术发展迅速

（1） 2000年12月21日，我国自行研制的第二颗“北斗导航试验卫星”发射成功，它与2000年10月31日发射的第一颗“北斗导航试验卫星”一起构成了“北斗导航系统”。这标志着我国将拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统，这个系统建成后，主要为公路交通、铁路运输、 海上作业等领域提供导航服务，对我国国民经济建设将起到积极的作用。

（2） 2001年1月10日，我国自行研制的“神舟二号”在中国酒泉卫星发射中心升空，并成功进入预定轨道。1月16日，“神舟二号”无人飞船准确返回并成功着陆。这是中国航天在新世纪的首次发射，也是我国载人航天工程的第二次飞行试验，它标志着我国向实现载人飞行迈出了重要的一步。

3．在纳米技术领域屡创佳绩

我国科学家在纳米科技研究方面，居于国际科技前沿。最近的一次，我国科学家在世界上首次直接发现纳米金属的“奇异”性能—超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而不折不绕，被誉为“本领域的一次突破，它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的”。从总体看，目前我国有关纳米论文总数排行世界第四，在纳米材料研究方面已在国际上占一席之地。

4．超级计算机智能化

2000年11月29日，我国独立研制的第一台具有人类外观特征、可以模拟人行走与基本 *** 作功能的类人型机器人，在长沙国防科技大学首次亮相。类人型机器人的问世，标志着我国机器人技术已跻身国际先进行列。

5．国家“863“计划15周年成就展览举行

2001年3月，国家在北京展览馆举办了“863”计划15周年成就展。“863”计划自1986年3月实施以来，共获国内外专利2000多项，发表论文47000多篇，累计创造新增产值560多亿元，产生间接经济效益2000多亿元。863计划重点支持的高技术领域的研究开发水平与世界先进水平的整体距离明显缩小，开始在世界高技术领域占有一席之地，60%以上的技术从无到有，如今已进入或接近国际先进水平，另有25%仍然落后于国际先进水平，但在原来的基础上也有很大进步。

（二） 与教材结合点分析

1． 从经济常识看：

（1） 科学技术是第一生产力。当今生产力的发展，科学技术起着决定性的作用；当今世界的竞争，说到底是科技与人才的竞争。

（2） 财政的巨大作用。经济发展靠科学，科学进步靠人才，人才培养靠教育。而这些事业单位的发展必须依靠财政的大力支持，背景材料中所列举的大量科技成果与财政的支持是分不开的。

（3） 当今国际经济的国际化，科技开发与应用的国际化是其中重要的表现。人类基因组草图从一开始就是个国际合作计划，由美国启动，英、日、法、德、中科学家先后加盟。

2． 从哲学常识看：

（1） 客观规律和人的主观能动性的关系。一系列科技成果的取得，一方面是由于科学家尊重了客观规律，另一方面是他们顽强拼搏、锐意进取、充分发挥主观能动性的结果。

（2） 事物都是一分为二的，我们应坚持两点论和两分法。如人类基因研究取得了突破性进展，这必将促进生命科学、信息科学及一批高新技术产业的发展，同时人们又面临着基因垄断、基因成果被过分用于追求商业利益等新问题。

（3） 认识深化发展的观点。人们应当在实践基础上不断深化、扩展认识，把认识向前推移。人类基因技术的研究过程和我国航天技术发展情况等事实，都是认识深化发展的必然结果。

3． 从政治常识看：

（1） 国际竞争的实质。当今世界竞争的实质是以经济和科技实力为基础的综合国力的较量。能否在科技发展上取得优势，增强以经济和科技为基础的综合国力，最终将决定本国在国际上的地位。

（2国家领导和组织社会主义现代化建设的职能和组织社会主义精神文明

建设的职能。国家大力发展高新技术并运用到经济建设中去，促进经

济的发展。

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