从制程工艺看麒麟650的芯片级省电
千元机自从2014年引爆市场以来,时至今日热度丝毫不减,竞争态势越演越烈,各种曾经只能在高端机上看到的功能被纷纷下放,成为了不少消费者的购机首选。
然而,在各种高端功能普及的同时,我们也看到,无论它们名字起得多么花哨,营销多么亮眼,现阶段千元机竞争的主要还是参数配置的竞争,而且同质化极高,对于涉及功耗发热这种事关用户切身体验的地方却少有提及。前不久,荣耀发布了新款千元机畅玩5C,主打卖点是16nm FF+工艺的麒麟650,声称带来了“芯片级的省电”,将千元机配置竞争拉回到芯片工艺制程上来,现在就来看看荣耀到底在玩神马套路?
从纳米制程聊起
一般我们评价一颗处理器怎么样,除了核心数、主频架构之外关注最多的就是制程工艺,因为一颗成品处理器是由不同材料制成的许多“层”堆叠起来的电路,里面包含了晶体管、电阻器、以及电容器等微小元件,它们之间的距离就是制程工艺。而小小的一颗处理器内部规模却是异常庞大的,集成的元器件很多,我们用肉眼已经很难看到,所以衡量制程工艺距离的单位就采用了新型的“纳米”。(看上去如果觉得比较复杂可以看该部分最后一句)
纳米代表十亿分之一米。如果你理解了上面所描述的信息,那不难得出一个结论:处理器的制程工艺越先进(纳米数越小),则同等面积下集成的晶体管数量也就越多,各元件间的间距也就越小。集成的晶体管数量越多,我们可以直观的判断其性能肯定越强,那元件间间距缩小又有什么影响呢?
简单来说,缩小各元件之间的间距后,晶体管之间的电容也会随之降低,从而提升它们的开关频率。而因为晶体管在切换电子信号时的动态功率消耗与电容成正比,所以功耗也能顺势下降不少。另外,这些更小的晶体管只需要更低的导通电压即可运行,所以根据动态功耗与电压的平方成反比的规律,此时能效会有效提升。
当然,先进工艺还让同一片晶圆可切割出来的芯片更多,推动单片芯片成本的降低,摊平昂贵制造设备的投资成本。不过近年随着制程逼近摩尔定律的极限,这方面的红利已经非常微薄了。
总结一句话,16nm芯片能提高手机功耗、降低电压和提升效能,不过会提升芯片本身制造成本。
目前主流的芯片制程
在目前市面上常见的SoC中,主要以28nm、20nm、16nm和14nm这4种制程为主,每种制程根据生产工艺不同还衍生出很多版本,比如28nm工艺,先后就有LP、HPM、HPC、HPC+四种版本。我们熟知的骁龙615采用的就是第一种LP工艺,耗电量很高;骁龙801、Helio X10则采用高K金属栅栏技术来减少漏电和发热;第三种HPC工艺使用的SoC比较少,目前只知道麒麟930采用过,它能使SoC缩小十分之一的情况下耗电降低三分之一;而HPC+则是28nm的最后一个版本,相比HPC可在同等性能下漏电量减少一半,在同等功耗下性能提升五分之一,目前千元机常见的Helio P10采用的就是这一工艺。
20nm工艺采用的芯片主要是骁龙810/616和Helio X20/X25,表现并不出众,感觉更像一种过渡性质的工艺,完全压不住Cortex-A57内核的发热,迅速就被16/14nm取代。 16nm和14nm是当下最先进的制程工艺,分别是台积电和三星的代表工艺(英特尔也是14nm),虽然从字面看后者要领先2nm,但实际表现都差不多,甚至起初台积电的16nm在性能上还要略胜三星的14nm,比如在苹果A9芯片中。原因在于台积电的16nm是第二代的FinFET Plus工艺,而三星当时为A9代工的是14nm第一代LPE工艺,直到今年才在Exynos 8890、骁龙820上采用了第二代14nm LPP工艺挽回了面子。
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