半导体技术详解： CPU与DRAM芯片内部结构

  【天极网频道】iPhone 6S和在发布不久，就曝出了和台积电处理器的功耗问题，随后官方辟谣以及专业技术人员的之后确定，三星和台积电他们所生产的功耗差距非常小。关于的制程工艺和发展历史又是怎么样的呢？

  在全球范围内，能够开发并量产圆晶的厂家屈指可数，CPU(包含桌面级)厂家台积电(TSMC)、三星、Intel、格罗方德，能独立制作在DRAM厂家稍多，美光、、三星、海力士、尔必达(已被美光收购)，还有一些非常小的厂家，这里就不赘述了。

  首先从CPU讲起吧，桌面级CPU主要是Intel和AMD两家瓜分了全部市场，近几年PC行业不景气，市场不断萎缩，AMD深受其害，格罗方德在制程工艺上的落后也坑了AMD好几年，在制程工艺上始终没更新，加上落后架构所带来的发热、功耗问题，AMD处理器也渐渐式微;Intel在桌面级处理器上混得风生水起，可是在移动处理器市场上却一直停滞不前，依靠丰厚的补贴来推广移动处理器。

  接下来讲移动处理器，移动处理器有4个厂家：高通、联发科、三星、海思。今年这四大移动处理器厂家纷纷采用Cortex -A核心。高通骁龙810采用4Cortex A57+4 x Cortex A53的核心组合，集成LTE Cat.9基带，最大上行速度50Mbps，下行为450Mbps;联发科今年的Helio X10采用8个Cortex A53处理器，基带方面略显寒酸，LTE Cat.6的基带最大上行速度50Mbps，下行速度300Mbps;三星今年的旗舰处理器Exynos8890处理器，也是采用自主定制的Cortex-A53处理器，并使用自家的14nm FinFET工艺，最重要的是集成Cat.12/Cat.13基带，Cat.12基带的最大上行速度能达到150Mbps，下行为600Mbps;海思在年底推出了麒麟处理器，4 x Cortex-A72 + 4 x Cortex-A53核芯，由台积电代工的16nm FinFET+技术，基带并没用同时发布的Balong，基带依旧采用Cat.6，上行与下行速度为50Mbps和300Mbps，基带的规格稍微让人失望。

  上面提到的4家处理器厂商中，仅有高通又自主核心设计的，其他均采用ARM的通用核心，苹果这几年开始有了自主的处理器，今年iPhone 6S和iPhone 6S Plus采用自家的处理器，分别由台积电和死对头三星代工，制程工艺分别是16nm和14nm的FinFET工艺，在iPhone6s和iPhone6s Plus发售之后的耗电问题最终被证实是子虚乌有，可是对于苹果的形象也有一定的影响。想比苹果现在最后悔的事情就是当年所持的ARM公司的股份，现在再拿一百倍也不能买回当时的那部分股份了。

  在这里相信有很多人都会有疑问，ARM处理器和X86、X64处理器有啥不一样的区别？一样的制程工艺，相同的核心规格频率。其实ARM处理器和X86、X64处理器在最底层的核心架构和指令集就有很大不同：桌面处理器采用的都是CISC(复杂指令集)，它的每一条指令集不仅冗长，而且不等长，需要指令译码器对每条指令集的起止位置做判断后再执行;ARM则采用RISC(简单指令集)，而它的优点是指令集简短并等长，不需要对指令集的起始位置做判断，所以效率得到提高并且降低功耗。日常生活中使用RISDC指令集已经可完全满足我们的需求，不过在专业领域，CISC的优势就凸显了出来，能人所不能也是intel的优势。

  闪存芯片按照类型分为两种，DRAM颗粒和Nand闪存。RAM这个在里常常会出现的字眼其实在PC也是不可或缺的重要零部件，RAM的中文意译是随机存储内存，它的作用是暂时存取计算过程中的数据。ROM同样常常会出现在我们的眼前，它是手机必不可少的功能，笔者第一次接触的Nand闪存应该是512MB的TF手机，在当时并没有Nand这个概念，仅仅知道它叫内存卡，可拿来存储大量歌曲、图片等功能。

  PC市场的内存颗粒主要都是是DDR3和DDR4，移动端采用的就不一样，LPDDR3和 LPDDR4两种，作为DRAM芯片，它们的工作原理手机完全一样的，只是封装方式稍有不同，且的堆叠层数有所区分。因为手机一般的单颗容量都要达到2GB以上，一般内存的单颗容量都是512MB，这就需要在堆叠层数上进行加强。Nand闪存按照工作方式分为SLC、MLC、TLC、QLC四种，还有再细分的类型也在这些的基础上进行的。QLC作为一个非常陌生的架构，它主要是4bit/Cell，支持16充电值，但是执行效率低、寿命短，应用会受到很大限制;TLC颗粒为3bit/Cell，充电值为8个，这类芯片最开始主要使用在在或者存储卡上，近几年在技术上的不断成熟让它寿命得到加强，渐渐的走向市场;MLC颗粒则以其相对优秀的读写速度和擦写次数成为固态市场上的主流，2bit/Cell和4个充电值拥有比TLC更快的效率，以及十倍以上的寿命;SLC颗粒作为目前Nand闪存的最优秀这，1bit/Cell在读写速度和寿命上都达到最高，可是成本为MLC颗粒的三倍也让它的价格高企，一般应用在专业级上，一些高端U盘也会有产品布局。手机一般都会采用的MLC和TLC颗粒，因为擦写次数少，而且手机的一般寿命是两到三年，基本上不会用到Nand大限将至之时。

  全球的半导体企业也就那么多，能独立生产DRAM颗粒、闪存芯片的主要有、美光、、海力士、尔必达(破产被美光收购)、OCZ(饥饿鲨)，国内的南亚易胜可能会比较陌生，但是他是极少数自主生产内存的厂家。

  国内这几年都在全力发展本土半导体工业，我们始终相信很快就能有更多国产自主的芯片。改变国内半导体一直受制于国外技术的不良影响。

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