CPU纳米极限

在 经典力学 里，粒子会被牢牢地束缚于原子核内，因为粒子需要超强的能量才能逃出原子核的位势。经典力学无法解释阿尔法衰变。在量子力学里，粒子不需要具有比位势还强劲的能量，才能逃出原子核的束缚；粒子可以 概率 性的穿越过原子核的位势，从而逃出原子核的束缚。伽莫夫想出原子核的位势模型，其为吸引性 核位势 与排斥性 库仑位势 共同形成。借着这模型，他用 薛定谔方程 推导出进行阿尔法衰变的放射性粒子的 半衰期 与能量的关系方程，即 盖革-努塔尔定律 。晶体管图：cpu的制程工艺，从14nm起，进展变得非常缓慢，摩尔定律已经失效了。 因为电子隧道效应的存在，公认的晶体管制程极限是5nm。 根据量子力学计算，硅芯片中线宽低于10nm左右的时候， 因此目前预计可能的线宽极限是1~10nm，不会低于一纳米。 芯片商最关心的可能就是成本问题了，“摩尔定律的终结不是技术问题，而是经济问题。” 鲍特姆斯说，包括英特尔在内的一些公司，依然试图在达到量子效应之前继续缩小元件体积，但是，产品缩得越小，成本越高。 每次产品体积缩小一半，生产商就需要全新的更准确的影印石版机器。如今，建立一条全新的生产线往往需要投入几十亿美元，这个成本仅有少数几家厂商可以承受。而由移动设备带来的市场碎片化，使得筹集这样的资金更加困难。“一旦下一代的每晶体管成本超过现有的成本，产品更新就会停止。”很多业内人士认为，半导体行业已经非常接近这个“产品更新停止”的阶段。 IBM与合作伙伴成功研制出7纳米的测试芯片，延续了摩尔定律，突破了半导体产业的瓶颈。对于IBM而言，7纳米制程技术的后续发展将会影响旗下Power系列处理器的规划蓝图。 据The Platform网站报导，7纳米制程芯片背后结合了许多尚未经过量产测试的新技术，IBM与GlobalFoundries、三星电子（Samsung Electronics）等合作伙伴，对何时能实际以7纳米制程制作处理器与其他芯片并未提出时程表。 IBM这次利用矽锗（silicon germanium）制造一部分的电晶体，因而能减少提升电路表现时进行快速切换的耗电量，而电路都是以极紫外线（Extreme UltraViolet；EUV）光刻技术蚀刻。 IBM研究表示，目前最先进的技术能够制造10纳米芯片，但是利用矽锗制作电晶体通道和EUV光刻，能够缩小电晶体尺寸的一半，同时还能够提升50%的电路电力效率。然而，EUV对于震动特别敏感，制作过程非常精密，因此要量产将有难度，价格也会十分高昂。 7纳米制程可使指甲大小的服务器芯片容纳200亿个电晶体 纳米是什么概念？ 1纳米等于十亿分之一米 1米（m）=100厘米（cm）； 1厘米（cm）=10-2m =10毫米（mm）； 1毫米（mm）=10-3m =1000微米（um）； 1微米（um）=10-6m=1000纳米（nm）； 1纳米=10-9m。【病毒大小约100纳米】 氢原子的直径为0.1纳米（1纳米=1m-9米） 硅原子大小半径为110皮米，也就是0.11纳米，直径0.22nm 水分子的直径为0.3nm = 3 x 10^(-10)m DNA分子直径10nm 病毒大小约20-300nm之间，约300nm的属于较大（但不是最大）的病毒、小儿麻痹之病毒约28nm，属于较小（但不是最小）的病毒 细菌的直径也有2,000nm， 2微米，0.5～5微米 一般细胞大小直径约为10-20微米 小孩子的头发的直径大概就在0.04毫米左右，40微米，40000nm 成人的头发的直径大概就在0.07毫米左右，70微米, 70000nm 粗硬的头发的直径是90微米以上,中性的头发的直径是60到90微米以上,细软的头发的直径是60微米以下 水熊虫，初生的时候只有50微米。而最大的只达1.4毫米。 人的大脑有800～1000亿个神经元细胞，人体总共大约有3万亿个细胞，3.9万亿个细菌 纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应: 表面效应 小尺寸效应 宏观量子隧道效应

7纳米可以确定不是目前技术的极限。

台积电7纳米很快就要量产（18年上半年），5纳米、3纳米技术也都有序进行，并且工厂也已经开始动工，据台积电表示，3纳米以下技术可能会遇到瓶颈，后续能否解决得看以后的研发进度；

在INTEL方面，目前10纳米基本上已经得到了确认，旗下的7纳米、5纳米也有消息传出，后续能按照进度，逐渐量产、上市应该没有问题，

也就是说7纳米肯定不是目前半导体制程的终点，而台积电、三星3纳米（对应INTEL 5纳米左右）以下能否再继续，那得以后才能确定了。

适用了20余年的摩尔定律近年逐渐有了失灵的迹象。从芯片的制造来看，7nm就是硅材料芯片的物理极限。不过据外媒报道，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，采用碳纳米管复合材料将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。那么，为何说7nm就是硅材料芯片的物理极限。

　芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm来表示，比如Intel最新的六代酷睿系列CPU就采用Intel自家的14nm制造工艺。现在的CPU内集成了以亿为单位的晶体管，这种晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成，电流从源极流入漏极，栅极则起到控制电流通断的作用。

而所谓的XX nm其实指的是，CPU的上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度，也被称为栅长。

栅长越短，则可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶体管——Intel曾经宣称将栅长从130nm减小到90nm时，晶体管所占得面积将减小一半；在芯片晶体管集成度相当的情况下，使用更先进的制造工艺，芯片的面积和功耗就越小，成本也越低。

栅长可以分为光刻栅长和实际栅长，光刻栅长则是由光刻技术所决定的。 由于在光刻中光存在衍射现象以及芯片制造中还要经历离子注入、蚀刻、等离子冲洗、热处理等步骤，因此会导致光刻栅长和实际栅长不一致的情况。另外，同样的制程工艺下，实际栅长也会不一样，比如虽然三星也推出了14nm制程工艺的芯片，但其芯片的实际栅长和Intel的14nm制程芯片的实际栅长依然有一定差距。

---