5nm不如7nm？真相竟是……

最近，各家手机厂商纷纷发力，推出全新旗舰，搭在最新的5nm芯片。麒麟9000，A14，骁龙888纷纷亮相。但是，实际体验却并不是那么美好。理论上5nm是芯片制程工艺的飞跃，相较于7nm工艺的处理器，带来的应该是更好的性能和综合体验。但在实际上，无论是苹果A14、华为麒麟9000还是骁龙888，均出现了不同程度的功耗翻车现象。

图为骁龙888与骁龙865，骁龙855能耗对比图

相比于上一代7nm工艺旗舰，这些5nm芯片虽然性能提升，但功耗却增加明显。所以，5nm真的不如7nm吗？下面，就跟着小鱼鱼来了解一下吧。

芯片是集成电路的一种，而集成电路的功耗可以分为动态功耗和静态功耗。

动态功耗通俗易懂，指的是电路状态变化时产生的功耗，其受到电压和电流的影响。因此，在不同的使用场景，如玩游戏和刷网页，动态功耗是不一样的。动态功耗也不是5nm芯片“翻车”的罪魁祸首。

       这时候就要提到芯片耗电的另一个部分了——静态功耗。静态功耗即每个晶体管昔日路电流产生的功耗，尽管每个晶体管产生的漏电流都很小，但由于一颗芯片集成了大量晶体管，从而导致芯片整体静态功耗大。那么，为什么晶体管会漏电呢？在芯片中，晶体管由“沟道”和“栅极”组成，其中电流在半导体的源极和漏极之间流动，“栅极”用于管理流过沟道的电流。

但是，随着晶体管变小，源极和漏极之间的距离变小，使得晶体管难以作为开关工作。栅极和源极、漏极之间接触的地方有一个接触面，栅极正是依靠这个接触面来对源极和漏极的电流进行控制。可是，晶体管越做越小，这个接触面的宽度也越来越窄，当窄到一定程度时，栅极对电流的控制力就会大幅减弱。控制力减弱，就会导致源极的电流穿透栅极，直接和漏极导通，这种情况叫漏电。5nm芯片“翻车”，正是因为静态功耗过高。

那么，为什么7nm芯片没有“翻车”，而5nm芯片又“翻车”了呢？在传统晶体管结构中，控制电流通过的闸门，只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开，属于平面的架构。

图为传统晶体管结构

但是，随着芯片发展到28nm，这种结构由于短沟道效应，而产生漏电率高，电路控制能力差等问题。于是，另一种晶体管应运而生—FINFET晶体管技术。这种技术的解决思路就是改造晶体管的结构，将源极和漏极做成像鳍片一样直立的样子，然后让栅极三面包围住鳍片。因此，FinFet技术又称为鳍式场效应晶体。这种技术可以大幅改善电路控制并减少漏电流，也可以大幅缩短晶体管的栅长。这种技术一直沿用到7nm。

图为FinFet技术示意图

但是，随着芯片制程的发展，FinFet技术 也将迎来它的极限。由于制程的发展与物理材料的限制，导致鳍片距离太近、漏电重新出现，以及鳍片难以克服内部应力。这也是为什么目前5nm芯片通通“翻车”的根本原因。

难道说，5nm芯片漏电问题就没有办法解决了？有办法。这就要提到另一个技术了：GAAFET闸极环绕场效应晶体管技术。

图为GAAFET技术示意图

其实GAAFET技术相当于FinFet技术的改良版，在GAAFET技术中，栅极和漏极不再是鳍片的样子，而是变成了一根根 “小棍子”，垂直穿过栅极，这样，栅极就能实现对源极、漏极的四面包裹，实现比FinFet技术多一个接触面，从而降低漏电。

可能因为技术不成熟，也可能因为成本原因，GAAFET技术并未用在第一代的5nm芯片上。但是，随着第二代，第三代5nm芯片的推出，5nm芯片将带给我们更高性能与更低功耗的美好体验。

@半城柳涩

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