为何现在的手机芯片已经进入7nm时代，而pc芯片却大多还在10nm甚至14nm上？

您这个问题触及了当前半导体产业一个非常有趣且值得深入探讨的现象。确实，我们会发现手机芯片的制程工艺普遍领先于PC芯片，尤其是以苹果、高通、联发科为代表的移动芯片制造商，早已在7nm甚至更先进的工艺节点上大量生产，而英特尔、AMD这些PC芯片巨头，虽然也在努力追赶，但其主流产品仍然集中在10nm、14nm甚至更老的工艺上。

要理解这背后的原因，我们需要从几个关键维度来剖析：

1. 市场需求与产品迭代的差异：

手机：智能手机是消费电子的“尖端”产品，其更新换代速度极快，消费者对性能提升、功耗降低、功能增加（如AI、5G）的需求非常迫切。每一年，用户都期待手机在拍照、游戏、续航等方面有显著的进步。为了满足这种快速迭代的需求，芯片制造商必须不断采用更先进的制程工艺，因为它能直接带来：
更高的性能密度：在同等面积下集成更多的晶体管，从而实现更强的运算能力。
更低的功耗：更小的晶体管开关时损耗的能量更少，这对于续航至关重要的手机尤为重要。
更小的芯片尺寸：允许在有限的手机内部空间塞入更多功能模块，或者让手机本身做得更轻薄。
更快的上市速度：芯片的先进性是赢得市场份额的关键。

PC： PC市场虽然依然庞大，但其更新迭代速度相对手机要慢得多。消费者对PC的期望更多体现在可靠性、兼容性、软件生态以及相对稳定的性能提升上。一台PC的使用周期通常比手机长很多。因此，PC芯片制造商在升级工艺时，会更加谨慎，更注重：
成本效益：新工艺的研发和量产成本极高，PC市场对价格的敏感度相对更高，过早采用昂贵的新工艺可能导致产品缺乏竞争力。
稳定性和成熟度： PC芯片需要支持广泛的操作系统、软件和外设，对兼容性和稳定性要求极高。新技术往往伴随着不确定性，大规模部署需要时间来验证。
功耗优势的边际效益：虽然低功耗对PC也有好处（如笔记本续航），但其优势相比手机不那么“生死攸关”。很多高性能PC本身就依赖于散热系统，对于极限性能的追求往往会压倒对极致低功耗的关注。

2. 制程工艺的难度与投入：

“纳米”的定义：首先要明确，“nm”这个数字并非指晶体管的实际物理尺寸，而是指代一个工艺节点的“名号”，它与晶体管的栅极长度、金属层间距等多种参数相关，并且随着技术发展，“nm”的实际意义也在不断演变。越小的“nm”通常意味着晶体管越小，集成度越高，但制造难度也呈指数级增长。
从10nm到7nm的飞跃：从10nm到7nm，不仅仅是数字的缩小，而是整个制造流程的巨大革新。这涉及到：
光刻技术：需要从深紫外光（DUV）转向更先进的极紫外光（EUV）光刻技术。EUV光刻机是目前世界上最复杂的设备之一，造价高达数亿美元，且良率提升极其困难。
材料科学：需要开发新的栅极材料、高介电常数（highk）金属栅极（GAAFET）、超薄栅氧化层等，以应对漏电流、量子隧穿效应等挑战。
设计与验证：芯片设计变得更加复杂，对EDA（电子设计自动化）工具的要求更高，验证周期也更长。
良率与成本：新工艺初期良率通常较低，导致生产成本居高不下。
PC芯片的规模与复杂性： PC芯片（尤其是CPU）通常比手机芯片更大，集成的晶体管数量也更多（以数十亿计）。这意味着在制造过程中，任何一个微小的缺陷都可能导致整个芯片报废。在如此庞大的芯片上实现高良率的先进工艺，难度可想而知。

3. 商业模式与供应链：

代工 vs. 自建：
手机芯片：大部分手机芯片制造商（如高通、联发科）并不自己生产芯片，而是将设计交给台积电（TSMC）、三星（Samsung）等晶圆代工厂。这些代工厂拥有最先进的设备和技术，能够以相对较高的效率提供最新的工艺。手机芯片供应商能快速抓住最先进工艺的优势，并专注于芯片设计和市场。
PC芯片（尤其是英特尔）：英特尔长期以来坚持“IDM”（Integrated Device Manufacturer）模式，即自己设计、自己制造芯片。这种模式在过去带来很多优势（如对生产环节的掌控），但在面对快速的工艺节点跳跃时，其自身的生产线的更新速度和技术投入就显得尤为关键。虽然英特尔也在尝试使用代工厂，但其核心CPU产品线的大部分生产能力仍在自建工厂。
投资风险：建设最先进的晶圆厂，动辄数百亿美元。英特尔作为IDM，需要承担全部的投资风险。而台积电这样的代工厂，则可以通过服务多个客户来分散风险，并集中资源在最前沿的工艺研发上。

4. 技术演进的策略：

“TickTock”到“制程架构”：过去，英特尔曾以“TickTock”战略著称，即一年更新一次制程（Tick），一年更新一次微架构（Tock）。然而，随着制程工艺的难度增加，这个节奏难以维持。
“10nm”的坎坷：英特尔的10nm工艺就经历了多次延期，其克服的困难比原先预想的要大得多。这直接影响了其后续工艺节点的推进。
AMD的策略：相比之下，AMD选择与台积电合作，利用台积电的先进工艺（如7nm、5nm）来制造其Ryzen处理器。这使得AMD能够快速地将更先进的制程技术带入PC市场，并在性能和能效上对英特尔形成强有力的竞争。
PC芯片的“微架构”优势：即使在制程工艺上稍显落后，PC芯片制造商也可以通过优化微架构、增加核心数量、提升缓存效率等方式来获得性能提升。例如，通过提升IPC（每时钟周期指令数）或者增加多核心协同工作来弥补制程上的差距。

总结来说，手机芯片之所以能在制程工艺上领先PC芯片，主要是由于：

市场对快速迭代和极致性能、低功耗的需求驱动。
手机芯片制造商借助优秀的晶圆代工厂（如台积电），能够更快地采纳和验证最前沿的制造技术。
PC芯片市场对成本、稳定性、兼容性有更高的要求，且主流PC芯片（尤其是CPU）的尺寸和复杂性使得在新工艺上的良率和成本控制难度更大。
传统的IDM模式（以英特尔为代表）在工艺推进上的挑战，使得采用代工模式的竞争对手（如AMD）能够更快地获得优势。

当然，这是一个动态变化的过程。英特尔也在积极推进自己的10nm（现在称为Intel 7）和未来的Intel 4、Intel 3等工艺，并重新开始使用外部代工厂。AMD也在不断进步。未来PC芯片的制程工艺差距可能会逐渐缩小，但目前来看，手机芯片在工艺节点上的领先是一个普遍存在的现象，背后是市场、技术、商业模式等多重因素共同作用的结果。

网友意见

各种分析很多，制程命名，X86和arm差异，需求，市场大小等等。

我寻思着，AMD CPU不是从Zen 2开始，就上了TSMC 7nm了吗？

AMD显卡从Radeon VII开始，到RNDA也是TSMC 7nm了；

因为AMD份额小，所以PC大多还在10nm甚至14nm以上？

Intel不想上7nm？看看下跌的股价，还不是工艺出了问题，出了一堆++++，不然按原本线路图也上7nm工艺了；

至于老黄，本来也是TSMC和三星代工，不存在制程技术问题。

AMD出了5700和5700xt，但是产品线不完善，旗舰没有能打2080以上的；中低端靠着灰烬版Polaris一堆矿卡死撑着，反正Zen部门给力，矿潮也赚了不少钱，5500xt，5600xt死贵，也不着急出RNDA 2。

老黄一看，我12nm功耗性能还优势，对手还没光线追踪。那算了，super先挤一波牙膏；下一代7nm也改成8nm吧，再挤一波牙膏。

所以，先进工艺都知道好，PC大多10nm或者14nm就两个原因：

Intel先进工艺不给力，一直出问题上不去（看SuperFin了）；

老黄优势太大没压力，自然挤牙膏不上7nm，能省就省。

PC要想都上，还得靠AMD，多给Intel压力，尤其多给老黄压力。

7nm的发热小得多。

台式机对这个不敏感。但是笔记本和手机就很敏感了。

如果你想要看一句话答案，那就是：台积电和三星的 7nm 标注是注水的，和 Intel 的 10nm 是同一代技术。如果你想要知道为什么，还请继续往下看。

如果大家有兴趣，我还可以聊聊 Intel 10nm 的现状，以及为什么现在台式机 Intel 不用 10nm 造，还有就是未来几年 CPU 发展的展望。

什么是芯片的制程？

在当代生活里，芯片无处不在，这些或大或小的芯片操控着我们工业生活的方方面面。

不同的芯片对于制造工艺有着不同的需求，有些芯片功耗比较低，对性能的需求也低，有的芯片则更需要高性能，而不太介意功耗大一点。

用于制造芯片的半导体工艺可以用三大指标来评价，这三大指标分别是“密度”，“功耗”以及“性能”。

其中，在传统上，我们一般把密度作为衡量半导体制造技术的标准，制造工艺越先进，就能造更小的晶体管，同样面积的集成电路里就能够集成更多的晶体管。

为什么晶体管尺寸这么重要呢？因为晶体管尺寸的缩小理论上也能同步带动功耗控制和性能的提升。晶体管的尺寸越小，速度就越快，因此整块芯片的性能也会越高，同时，单个晶体管功耗也会降低。

在历史上的很长一段时间里，先进工艺可以同时提供密度，功耗，和性能的提升。

在那段美好的时光里，制程工艺是根据芯片的栅极长度命名，某一个制造工艺的节点（Node）就能制造对应长度的栅极长度（Gate Length）和半间距（Half-Pitch）的芯片。比如说 350nm 的制程，制造出来的 Half Pitch 和 Gate Length 都是 350nm。

不过，我们生活的世界并不理想，这种美好的时代在 1997 年就结束了。

但是自从 1997 年开始，制造工艺的节点（Node）就开始与栅极长度（Gate Length）和半间距（Half-Pitch）不相匹配了。

比如说 1997 年引入的 250nm 技术，其 Half Pitch 是 250nm 但是 Gate Length 缩短到了 200nm，类似的，后期发展的技术更加放飞自我，比如 2009 年的 32nm 技术，其 Half Pitch 为 52nm，Gate Length 为 29nm。

1997 年后，节点（Node）的命名已经和 Half Pitch/Gate Length 脱钩。

密度，功耗，性能与制程进步脱钩

半导体行业一般把密度提升一倍作为一代工艺的衡量标准，为了在同样的面积里塞入两倍的晶体管，这就意味着晶体管的面积应该缩小到原来的一半，换言之，晶体管的一边应该缩小到原来的 0.7x。这也就是为什么半导体工艺的正代工艺是从 130nm，90nm，65nm，45nm，32nm，22nm 这样子演进。

尽管 1997 年后，节点命名与栅极长度/半间距脱勾了，但是总体来说代数的命名还是和技术的发展成正相关的，新工艺不仅能带来密度提升，性能和功耗也能同步上去。

但这样的好日子也不长，大概在 2004-2005 年的时候，也就是 90nm 向 65nm 迈进的时候，我们发现，密度的提升已经不足以带来功耗和性能的进步，反而会因为漏电导致副作用。

所以，新的工艺不仅要提升密度，还需要引入额外的技术来减轻这些副作用。

FinFET 时代，注水命名开始

总体来说，直到 22nm 为止，虽然节点的命名和 Half Pitch/Gate Length 已经彻底无关，但大家在命名上还是相对克制，只要实现了对应的技术提升，命名上还是根据等效的代数来命名。

但我们也说到，为了抑制密度提高带来的副作用，厂商们需要引入额外的技术来改善，这就导致同一个密度的工艺下会有好几个子代的技术。

比如说在 28nm 这个节点上，台积电就有 28LP（SION 面向低成本），和 28HPL（HKMG 低漏电），28HP（HKMG 高性能），28HPM（HKMG 面向移动优化的高性能）好几个版本的技术，这些技术虽然都属于 28nm 制造节点，但其面向的市场和性能、功耗表现是完全不同的。

那市场营销部门就很头痛了啊，这些东西都叫 28nm，指望消费者去理解这么多子类也不现实，所以就要祭出命名大法，做一个很厉害的名字出来。

在 25nm 以下的节点，传统的平面场效应管已经无法继续缩小尺寸，为了继续提升，我们需要把场效应管立体化，这就是 FinFET（鳍片式场效应晶体管）技术。这个技术也是前段时间中科院微电子研究所向 Intel 提出部分专利侵权诉讼的相关技术。

为了体现 FinFET 技术为芯片制造带来的巨大好处，三星命名了 14nm FinFET，尽管从密度上来看，它应该被叫做 20nm FinFET，类似地，台积电也将自己本该属于 20nm FinFET 的技术注水命名为 16nm FinFET。

Intel 在 22nm 后本来发展的是 16nm 工艺，但是因为密度提升幅度超过了一代，所以没有注水，命名为 14nm，然后又在 14nm 里面继续改良发展了 14nm+，14nm++，14nm+++。

此后，代工厂三星和台积电又继续发展了新的技术，也就是我们现在看到的 7nm，而 Intel 对应的下一代制程就是 10nm。这几个是属于同一代技术。

到了 7nm，注水大法再次现身江湖，三星那边把本质上属于 7nm 的几个小改工艺改名叫 5nm，也就是说对于三星 7nm/6nm/5nm/4nm 本质都适合台积电 7nm，Intel 10nm 同代的技术。

类似地，三星 3nm，台积电 5nm，Intel 7nm 也是同一代的技术。

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