关于芯片的制程

　　提到降低功耗，无论是智能手机还是PC领域，提高处理器的制程是一个绝佳的办法。伴随着处理器架构不断迭代，芯片内部的晶体管呈指数式的增长，处理器的性能也成倍地增长，但是芯片的体积却越来越小，发热和功耗也越来越低，这主要得益于制程和工艺。

　　结合IT界著名的摩尔定律，其实就是说所有的电子芯片（CPU、GPU、存储等），每隔一段时间就会更新架构，之后每隔一段时间又会更新制程，之后又回到更新架构状态，然后又是更新制程，周而复始，循环往复。

　　典型的例子就是Intel在2007年左右正式提出的“Tick-Tock”定律，大概以一年为周期，用一年时间更新处理器架构，再用一年时间更新处理器的制程，让产品线迭代变得很有规律，目标明确。架构先进性只能够保证处理器性能彪悍，但是制程和工艺的进步才是让架构更新顺利进行的关键，如果空有先进的架构，却受制于制程和工艺的落后，再强悍的性能也无法全部发挥出来，因为发热和功耗无法控制。

Intel的“Tick-Tock”定律

Qualcomm的芯片路线图

　　Qualcomm深知其中道理，Qualcomm骁龙820采用了14nm制程打造，目前也是业界首屈一指的工艺节点。纵观PC和手机端的处理器更新历程，在制程上的较量可谓龙争虎斗。请看下图：

PC和手机端的制程迭代

　　直到目前为止，Intel、三星、Qualcomm、苹果、华为的处理器都分别迈入14/16nm的工艺节点，正如上文所述，这些厂商能够在先进的工艺节点下充分发挥处理器最新架构的最大潜力，带来更强的计算性能和多媒体处理能力。当然，除了Intel和三星拥有自己的晶圆厂，能够将IC设计、芯片制造、芯片封装、测试、投向消费市场五个环节一手包办以外，Qualcomm、苹果、华为的处理器在设计好芯片之后，就需要找相关的Foundry（代工厂，例如台积电、GlobalFoundries）进行代工生产。综上所述，Intel和三星俗称IDM，Qualcomm、苹果、华为俗称Fabless，台积电和GlobalFoundries俗称Foundry。

　　从上面图片可得，Intel作为“Tick-Tock”定律的提出者，在更新制程的步伐是最有规律的，不会在某个工艺节点上停留时间过长，也不会一年更新几次制程，类似的还有三星，这主要得益于两家厂商拥有自己的晶圆厂，一手包办设计、制造、封装等多个环节，很好地把控着每一代制程的诞生和更替时间。

　　当然也有例外，像Qualcomm和苹果，纵然没有自己的晶圆厂，但是凭借在业界的影响力和知名度，充分发挥行业老大对下游厂商把控力，让拥有晶圆厂的三星和台积电将最新的工艺生产流水线提供给Qualcomm和苹果的产品，这也是Qualcomm骁龙处理器和苹果A系列处理器一直以来领先同行的其中一个原因。

　　严格意义上说，14/16nm属于同一代制程，20/22nm也是属于同一代制程，所以上述图片的工艺节点可以合并为14/16nm、20/22nm、28/32nm、40/45nm、55nm、65nm，同一代制程的处理器粗略来看，在发热和功耗上的控制能力相仿，当然具体还要看看具体采用了哪种工艺技术，偏向性能优先还是能效比优先的节点工艺，这些内容有些超出本文范围，有机会再和大伙分享。关于14/16nm、28/32nm等工艺节点属于同一代制程的说法，其实早就PC时代就已经成为晶圆厂“视觉欺骗”的一种手段，看上去好像比对方的晶圆厂更先进，小了几nm数值（理论上数值越小越好），但是其实还是同一代制程下的产物，请看下图：

PC平台制程较量

　　细心的读者应该已经发现，Intel和AMD的处理器制程在某一段时间总比Nvidia和AMD/ATI的显卡制程落后那么几nm，当处理器处于45nm工艺节点的时候，显卡处于40nm。当处理器处于32nm工艺节点的时候，显卡处于28nm。这种错落有序的“视觉欺骗”背后，其实就是晶圆厂之间“数字游戏”，实质上并没有两代制程（升级换代）之间变化那么大。32nm、22nm制程打造的处理器相比32nm、28nm制程打造的处理器，前者两种制程间为处理器性能带来的差距更大。接下来我们简单（节选部分周期）回顾一下PC和手机处理器的制程历史，先看65nm~32nm，如下图所示：

65nm~32nm的制程历史回顾

　　当Intel和AMD的处理器在65nm制程之际，也正处于PC处理器比拼核心数目的时代，双核处理器崭露头角。反观手机端处理器到达65nm制程的时候，Qualcomm骁龙S1才刚刚启用自主架构设计，还是单核时代。进入40/45nm制程之后，Intel和AMD的四核处理器斗得不可开交，手机处理器方面，受Nvidia的带动，Qualcomm、三星、联发科等厂商纷纷开启“核战模式”，Nvidia更率先在40nm制程上使用了四核处理器，让手机处理器的“核战”一发不可收拾，延续到今天的8核、10核乃至12核心的竞逐。这是个反面教材，当时全球首颗四核手机处理器——Tegra 3，普遍消费者都认为这是一颗仓促上阵的处理器，并没有像Qualcomm和三星的四核处理器使用更先进的28/32nm制程节点，导致发热大、功耗高，所搭载的手机，例如HTC One X，经常出现因机身过热而自动重启的现象，耗电也十分严重，可见先进制程才能够让最新架构充分发挥潜力。接着是28nm~14nm制程的处理器历史回顾，请看下图：

28nm~14nm的制程历史回顾

　　伙伴们第一时间肯定注意到采用28nm的处理器特别多，由于历史的原因，在28/32nm制程上，除了Intel轻松越过工艺瓶颈，来到了22nm工艺节点，有条不紊地继续实施“制程年-架构年”的迭代计划，三星和台积电等厂商普遍遇到棘手的技术难题，导致将近两年时间没有更新手机处理器的制程，而采用这些厂商流水线的上游处理器厂商受到了波及，Qualcomm、AMD、Nvidia、三星、苹果全部都无一幸免。不过即使没有得到最新的制程支持，Qualcomm骁龙800系列处理器依然称霸了安兔兔和鲁大师的跑分宝座多时，苹果的A系列处理器也步入了64位处理器全新纪元。

　　踏入2015年，当20nm制程日趋成熟，三星、Qualcomm和苹果终于能够将最新的处理器架构推向市场。另一方面，Intel早在前两年就已经成功量产14nm制程的PC/笔记本处理器，三星、台积电也终于在今年和Intel回到同一起跑线，量产出14/16nm制程的处理器，让Qualcomm骁龙820在内的，更强更注重能效比的处理器搭载在最新的手机上。最后请大伙看看下图：

三星、苹果、Qualcomm之间制程更新换代的节奏很相似

　　三星、苹果、Qualcomm的处理器制程迭代节奏是不是很相似？三者之间是否存在着什么基情？众所周知，三星为苹果提供了多款A系列处理器的制造流水线，反观Qualcomm和他们之间好像并没有什么强关联。答案在下面：

6家手机处理器厂商背后对应的晶圆厂

　　在45nm制程，Qualcomm骁龙S2和骁龙S3采用了台积电的工艺，这个阶段，台积电同时量产出40/45nm两种同制程的流水线，40nm流水线代表有联发科的MT6577和Nvidia的Fermi架构显卡内核，45nm流水线则有Qualcomm骁龙S2和骁龙S3为代表。

　　28nm制程嘛，正如上文所说，全球晶圆厂基本上遇到技术瓶颈，导致大伙都停留在28nm上，三星、苹果和Qualcomm处理器在制程上又会师了一次。

　　14nm制程的第三次相遇，则是因为苹果和Qualcomm不约而同选择了三星为代工厂，负责生产最新架构的处理器，凭借三星这两年在半导体行业的优秀制程技术，加上Qualcomm处理器全新设计的64位自主架构，强强联手下打造Qualcomm骁龙820的表现值得期待。

　　综上所述，Qualcomm骁龙820出色的性能和功耗控制，不仅得益于Kryo CPU，而且还和14nm的制程密不可分。