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解讀英特爾、臺積電、三星14/16納米的區別


   近日一篇〈臺積電真的超越英特爾?大客戶這樣吐槽……〉討論臺積電、三星的技術節點數字恐怕做過美化的問題引起不小的關注,這樣的問題其實在先前即為半導體業界所持續論戰,并在蘋果A9芯片門事件,iPhone6sA9處理器分由臺積電、三星代工時討論來到最高峰,以實際情況而言,臺積電、三星制程技術真的跟英特爾差很大?

  半導體三雄納米制程到底在爭什么?

  臺積電、三星與英特爾的先進制程競賽打得火熱,在目前14/16納米之后,制程戰一路來到了10納米。這些數字背后的意義其實指的是「線寬」,精確一點而言,就是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的閘極長度(GateLength)。

  場效電晶體用閘極來控制電流的通過與否,以代表0或1的數位訊號,也是整個結構中最細微、復雜的關鍵,當閘極可以縮小,電晶體體積也能跟著縮小,一來切換速度得以提升,每個芯片能塞入更多電晶體或縮小芯片體積;再者,當閘極長度愈小,閘極下方電子通道愈窄,之間的轉換效率提升、能量的耗損也能降低,收減少耗電量之效,但當閘極太薄,源極與汲極距離愈靠近,電子也可能不小心偷溜過去產生漏電流,加以也有推動力不足的問題,這也是為何制程微縮難度愈來愈高;臺積、英特爾與三星群雄間爭的你死我活的原因。

  三者14/16制程節點數字都灌水?

  包含半導體芯片和系統還原工程與分析廠商ChipWorks、Techinsights與半導體分析廠商LinleyGroup都對臺積電、三星、英特爾16/14納米做過比較。

  從LinleyGroup與Techinsights實際分析的結果,包含英特爾、臺積電與三星在14/16納米實際線寬其實都沒達到其所稱的制程數字,根據兩者的數據,臺積電16納米制程實際測量最小線寬是33納米,16納米FinFETPlus線寬則為30

  納米,三星第一代14納米是30納米,14納米FinFET是20納米,英特爾14納米制程在兩家機構測量結果分別為20納米跟24納米。

  調研TheLinleyGroup創辦人暨首席分析師LinleyGwennap,在2016年3月接受半導體專業期刊EETimes采訪時,也透露了晶圓代工廠間制程的魔幻數字秘密,Gwennap指出,傳統表示制程節點的測量標準是看閘極長度,但在行銷的努力下,節點名稱不再與實際閘極長度相符合,不過,差距也不會太大,Gwennap即言,三星的14納米約略等于英特爾的20納米。Gwennap認為,臺積電與三星目前的制程節點仍落后于英特爾,以三星而言,14納米制程稱作17納米會較佳,而臺積電16制程其實差不多是19納米。

  但美國知名財經部落格TheMotleyFool技術專欄作家AshrafEassa從電子顯微鏡圖來看,認為英特爾、三星甚至臺積電在三者14/16納米制程差距或許不大。AshrafEassa對比英特爾14與22納米,以及三星14納米的電子顯微鏡圖,其指出,英特爾14納米側壁的斜率要比22納米垂直,根據官方的說法,這能使英特爾的散熱鰭片(fin)更高更瘦,以提升效能。

  而三星14納米制程電子顯微鏡圖相較起來,和英特爾14納米制程還比較相近,加以AshrafEassa用臺積電宣稱16納米FinFETPlus能比三星最佳的14納米技術在相同功率下,效能能比三星提升10%來推測,臺積電16納米FinFETPlus的晶體管結構應與三星相差不遠,甚至鰭片(fin)會更加細長。
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