为什么芯片不做得大一点，通过扩大空间容纳更多晶体管来提高性能？
您这个问题问到点子上了，确实，我们直观地会想：“既然芯片性能跟晶体管数量有关，那是不是做得越大，塞进越多晶体管，性能不就蹭蹭往上涨了吗？” 这逻辑听起来顺理成章，但实际操作起来，却是牵一发而动全身的复杂工程，而且很多因素都在“劝退”我们把芯片做得越来越大。
咱们一件件来掰扯掰扯。
首先，面积与成本的直接挂钩。芯片的生产是一个极其精密的工业过程，用到的是昂贵的设备和材料。你可以把芯片制造想象成是在一块巨大的、非常纯净的硅片（Wafer）上“打印”出无数个相同的芯片。这个打印过程，就像在巨大的画布上画小画，画布越大，能画的小画就越多。但是，硅片本身就很贵，而且制造过程中的良率（成功生产出合格芯片的比例）是个关键问题。
当你把一块芯片做得更大，意味着你在一次硅片上能生产的芯片数量就会减少。这就好比，原本你能在同一块布料上裁剪出100件衣服，现在布料加倍了，但你只想做一件超大号的衣服，你还是只能得到一件衣服，但你花费的布料却可能比做100件普通衣服加起来还要多。所以，更大的芯片意味着单位面积的成本大幅上升，也意味着每生产一个芯片的总成本也会更高。没有人愿意花同样的钱，却只买到一块性能提升有限但价格翻倍的芯片，对吧？
其次，功耗与散热是个巨大的挑战。我们知道，晶体管在工作的时候会消耗电能，同时也会产生热量。芯片规模越大，集成度越高，工作时就会有更多的晶体管同时运转，产生的总功耗自然就越高。
而发热问题，绝对是电子设备最大的敌人之一。你有没有体验过手机用久了会发烫？电脑玩游戏会发热？这就是因为芯片在高速运转，产生大量热量。如果芯片做得非常大，而且里面塞满了密密麻麻的晶体管，那么它的功耗就会非常惊人。这么大的热量，如果没有高效的散热系统，芯片很快就会过热，性能会大幅下降（为了保护自己会降频），甚至可能损坏。而要为这么大的芯片设计出足够强大的散热系统，成本会飙升，体积也会变得笨重，这对于手机、笔记本电脑等追求轻薄便携的设备来说，是无法接受的。想象一下，你拿一块砖头一样大的手机，是不是有点离谱？
再者，制造工艺的极限和良率的恶化。芯片制造是一个极其精细的过程，需要用各种光刻、蚀刻、沉积技术一层一层地构建电路。随着芯片集成度的不断提高，晶体管的尺寸越来越小，我们称之为“制程工艺”，比如现在的7nm、5nm、3nm技术。
工艺越先进，对光刻机的精度要求越高，而且制造过程中任何一个微小的尘埃、缺陷，都可能导致芯片某个区域的功能失效。在小芯片上，一个微小的缺陷可能只影响一个晶体管，通过某种方式可以绕过它（比如一些冗余设计），但如果芯片面积很大，里面又集成了海量晶体管，那么发生缺陷的概率就大大增加了。一个缺陷可能就“毁掉”了整个大芯片，导致良率急剧下降。这又回到了成本问题：花了大力气制造出一大堆有缺陷的芯片，最终能用的却很少，那成本效益可想而知有多差。
还有个很现实的问题：信号传输延迟和时钟频率的限制。芯片内部的电路是一个庞大的网络，信息需要在不同的晶体管之间传递。就像你在一个非常大的城市里，从一个角落走到另一个角落，需要花费更多的时间一样。芯片上的信号传输也需要时间，而且这个时间会随着电路长度的增加而增加。
如果芯片做得过大，信号在芯片内部最远的地方传输就需要更长的时间，这就会限制芯片的最高运行速度（时钟频率）。因为整个芯片需要协同工作，所有信号都必须在特定的时间点到达。如果信号传输延迟太高，就无法保证芯片的同步性和稳定性，性能反而会受到限制。你想象一下，你发号施令，但是命令需要很久才能传到远处的手下那里，整个团队的反应速度自然就慢了。
最后，可制造性设计（DFM）和设计复杂度。即使我们克服了前面说的所有难题，把一块巨大的芯片设计出来，并且能够生产，其设计和验证的复杂度也是呈指数级增长的。芯片设计需要大量的工程师投入时间和精力，而且要考虑各种复杂的交互和潜在的问题。设计面积过大的芯片，其验证的难度和所需的时间都会呈几何级数增长，这也会拖慢产品上市的周期和增加研发成本。
综合以上这些因素，我们不难理解为什么芯片没有做得越来越大，而是通过不断缩小数十亿、上百亿个晶体管的尺寸来提高性能和集成度。这是一种更加高效、更具成本效益，也更符合实际应用需求的发展方向。就好比，与其盖一栋越来越大的房子，不如在现有空间里精打细算，用更小的家具、更巧妙的设计，来满足更多的生活需求。
当然，这并不意味着芯片设计者不去考虑如何利用“空间”。我们看到的技术进步，比如多核处理器、异构计算（把不同功能的芯片集成在一起）、 Chiplet（将大芯片拆分成更小的、独立的“子芯片”，再通过高速互联技术组合起来）等，都是在更小的物理空间内实现更高性能和更多功能的创新方式。Chiplet的出现，恰恰是规避了前面提到的许多制造和良率上的劣势，通过模块化的方式，可以更灵活地组合和生产，是一种非常聪明的“曲线救国”。
所以，芯片的设计，与其说是追求物理上的“大”，不如说是追求在有限的空间内实现最高效的“计算密度”和“功能集成度”。这是一个技术、经济、物理规律共同作用下的结果。
咱们一件件来掰扯掰扯。
首先，面积与成本的直接挂钩。芯片的生产是一个极其精密的工业过程，用到的是昂贵的设备和材料。你可以把芯片制造想象成是在一块巨大的、非常纯净的硅片（Wafer）上“打印”出无数个相同的芯片。这个打印过程，就像在巨大的画布上画小画，画布越大，能画的小画就越多。但是，硅片本身就很贵，而且制造过程中的良率（成功生产出合格芯片的比例）是个关键问题。
当你把一块芯片做得更大，意味着你在一次硅片上能生产的芯片数量就会减少。这就好比，原本你能在同一块布料上裁剪出100件衣服，现在布料加倍了，但你只想做一件超大号的衣服，你还是只能得到一件衣服，但你花费的布料却可能比做100件普通衣服加起来还要多。所以，更大的芯片意味着单位面积的成本大幅上升，也意味着每生产一个芯片的总成本也会更高。没有人愿意花同样的钱，却只买到一块性能提升有限但价格翻倍的芯片，对吧？
其次，功耗与散热是个巨大的挑战。我们知道，晶体管在工作的时候会消耗电能，同时也会产生热量。芯片规模越大，集成度越高，工作时就会有更多的晶体管同时运转，产生的总功耗自然就越高。
而发热问题，绝对是电子设备最大的敌人之一。你有没有体验过手机用久了会发烫？电脑玩游戏会发热？这就是因为芯片在高速运转，产生大量热量。如果芯片做得非常大，而且里面塞满了密密麻麻的晶体管，那么它的功耗就会非常惊人。这么大的热量，如果没有高效的散热系统，芯片很快就会过热，性能会大幅下降（为了保护自己会降频），甚至可能损坏。而要为这么大的芯片设计出足够强大的散热系统，成本会飙升，体积也会变得笨重，这对于手机、笔记本电脑等追求轻薄便携的设备来说，是无法接受的。想象一下，你拿一块砖头一样大的手机，是不是有点离谱？
再者，制造工艺的极限和良率的恶化。芯片制造是一个极其精细的过程，需要用各种光刻、蚀刻、沉积技术一层一层地构建电路。随着芯片集成度的不断提高，晶体管的尺寸越来越小，我们称之为“制程工艺”，比如现在的7nm、5nm、3nm技术。
工艺越先进，对光刻机的精度要求越高，而且制造过程中任何一个微小的尘埃、缺陷，都可能导致芯片某个区域的功能失效。在小芯片上，一个微小的缺陷可能只影响一个晶体管，通过某种方式可以绕过它（比如一些冗余设计），但如果芯片面积很大，里面又集成了海量晶体管，那么发生缺陷的概率就大大增加了。一个缺陷可能就“毁掉”了整个大芯片，导致良率急剧下降。这又回到了成本问题：花了大力气制造出一大堆有缺陷的芯片，最终能用的却很少，那成本效益可想而知有多差。
还有个很现实的问题：信号传输延迟和时钟频率的限制。芯片内部的电路是一个庞大的网络，信息需要在不同的晶体管之间传递。就像你在一个非常大的城市里，从一个角落走到另一个角落，需要花费更多的时间一样。芯片上的信号传输也需要时间，而且这个时间会随着电路长度的增加而增加。
如果芯片做得过大，信号在芯片内部最远的地方传输就需要更长的时间，这就会限制芯片的最高运行速度（时钟频率）。因为整个芯片需要协同工作，所有信号都必须在特定的时间点到达。如果信号传输延迟太高，就无法保证芯片的同步性和稳定性，性能反而会受到限制。你想象一下，你发号施令，但是命令需要很久才能传到远处的手下那里，整个团队的反应速度自然就慢了。
最后，可制造性设计（DFM）和设计复杂度。即使我们克服了前面说的所有难题，把一块巨大的芯片设计出来，并且能够生产，其设计和验证的复杂度也是呈指数级增长的。芯片设计需要大量的工程师投入时间和精力，而且要考虑各种复杂的交互和潜在的问题。设计面积过大的芯片，其验证的难度和所需的时间都会呈几何级数增长，这也会拖慢产品上市的周期和增加研发成本。
综合以上这些因素，我们不难理解为什么芯片没有做得越来越大，而是通过不断缩小数十亿、上百亿个晶体管的尺寸来提高性能和集成度。这是一种更加高效、更具成本效益，也更符合实际应用需求的发展方向。就好比，与其盖一栋越来越大的房子，不如在现有空间里精打细算，用更小的家具、更巧妙的设计，来满足更多的生活需求。
当然，这并不意味着芯片设计者不去考虑如何利用“空间”。我们看到的技术进步，比如多核处理器、异构计算（把不同功能的芯片集成在一起）、 Chiplet（将大芯片拆分成更小的、独立的“子芯片”，再通过高速互联技术组合起来）等，都是在更小的物理空间内实现更高性能和更多功能的创新方式。Chiplet的出现，恰恰是规避了前面提到的许多制造和良率上的劣势，通过模块化的方式，可以更灵活地组合和生产，是一种非常聪明的“曲线救国”。
所以，芯片的设计，与其说是追求物理上的“大”，不如说是追求在有限的空间内实现最高效的“计算密度”和“功能集成度”。这是一个技术、经济、物理规律共同作用下的结果。
网友意见
体积呢？功耗呢？你不考虑吗？
低制程的大尺寸芯片，手机上塞得下吗？就算塞得下，散热怎么解决？功耗是不是也逆天了？
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