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这一集谈CPU的制程和跑分

1）X nm制程中的X nm最初指栅极长度gate length，就是下图蓝绿的长方体的宽。在最初的半导体制造工艺中，这个尺寸越小越好，因为这个尺寸越小，硅片单位体积就可以存放更多的晶体管。因此早期，这个数字越小，半导体的制程就越先进。这里的先进是指计算能力越强，且单位计算量的功耗越低。Intel等推崇的摩尔定律就是晶体管越高越小的过程。早期这个指标是较客观和准确的。




2）当前的x nm已经变了味，据台积电营销负责人Godfrey Cheng承认，从0.35μm（350nm）开始，纳米数字就不再真正代表物理尺度了，只是一种行业标准化术语。

什么意思？就是如今的x nm的制程和实际物理尺寸没任何关系，而是台积电，三星，intel等企业自己定的称号，比如我这一代叫7nm，如果有部分改进，下一代就可以叫6nm，当然我也可以叫他N7P，也就是7nm plus。不同厂家的定义下一代的标准不同，因此xnm制程指标已经不能客观体现半导体制造先进性与否了。
但问题是当前最先进的芯片制造企业有三家，台积电，三星，以及intel，这几家如果都号称是7nm，不同厂家出来的芯片谁家质量最好？这又怎么衡量？这个时候英特尔的芯片制造专家Mark Bohr提出来另一个指标：单位面积的晶体管密度MTr/mm2，这个为啥是英特尔提出来的呢？他们还在沿用之前的栅极命名方式（欧美人比较一根筋，不爱耍滑头，当然和Intel长期领先，态度有些傲慢也有关系），只是台积电和三星有点耍流氓，早就号称进化到所谓的7nm甚至更小制程了，Intel还在老老实实14nm，10nm；造成群众认为intel的技术很差的印象。因此，Intel认为每个芯片制造商在提及工艺节点时，都应披露其逻辑晶体管密度，单位为MTr/mm2（每平方毫米数百万个晶体管），如下图，intel的10nm其实比部分台积电的7nm二极管密度还高。当然intel后面也被迫耍流氓，参考台积电和三星的做法，不在坚持用实际栅极宽度命名了。



如上图，不说各家7nm标准不一样，就台积电一家，他就有3个7nm标准，N7、N7P、N7+。但晶体管密度明显有进步，所以买手机不能单独看几nm这个参数。
这个参数只能说从更专业一点的角度，给用户实际半导体的制程的更精确一点的衡量指标。但这个指标就是能绝对衡量出各家的制程先进与否了吗？答案是否定的。但这个指标比x nm的确准确了不少。

我们买电子产品常接触的CPU就两家代工厂制作：台积电和三星，intel在这个市场没有地位，华为的新麒麟芯片由于敏感原因，这里不详细说明。
我这里拿一个内部的信息，直面对比一下台积电的6nm和三星的5nm，控制变量法：骁龙778，台积电6纳米工艺；骁龙780，三星代工；高通期望的778的下一代780，无论是功耗和性能都被778碾压，后者制程是三星的5nm。大家品品就行了。（目前看台积电就是芯片制作领域的王者，这个也是苹果，AMD，Nvida都选择她代工就看明白了，据说intel现在也向台积电下单了，准备卖掉自己的芯片制造厂）

3）当前的所有主流CPU都是冯诺依曼架构的二进制CPU，都是读取-执行指令这个模式。我说这个如不理解，我打个比方：
现在让你砌墙，但砖块要自己拿，如果砌一块，跑到砖块存放的地方拿一块，这个效率显然太低了。（砖块存放的地方就是手机存储器，就是平时放照片的地方）
所以要带一个兜子，把砖放在兜子里面，随身带几块，这样效率明显提升，但有一个问题，就是兜子里面不能装太多，不然太累了。（兜子就是CPU 一级缓存，很贵，会发热）。
那我增加一个小车，先搬一部分砖到小车上，送到我砌墙附近的地方，然后扔兜子三、四块，这样不又提升效率了吗？用完了小车上的砖，我再去搬一次。（这里是二级缓存，也很贵，但比一级缓存便宜些）。
当缓存大小差不多的情况下，就要看人的砌砖的熟练程度（CPU主频）和耐力（CPU的温控），技术熟练的，单位时间砌的快，但太快了容易疲劳，因此要悠着干，耐力好，就一天干的活多。（对应的就是CPU主频高，且温升控制的好）。如果一定程度疲劳，就得降低强度（CPU降主频，反应出来就是卡顿），不然人就生病了（CPU老化，甚至直接烧毁）

所以CPU的输出能力取决于三个因素：1）主频，2）一级、二级缓存大小，现在为了跑的快，三级缓存都有了。3）温控情况，温度控制越好，越利于持久战。但这几个指标是有些冲突的，主频越高，发热越大，发热量不是线性提升而是指数级提升的。

制程先进的目的就是为了这几个指标的提升：制程越先进，一般而言，上述三个指标都可以得到改善。可以参考这个表




4）跑分软件不能完整体现手机的性能。上面说了CPU的的几个指标中，跑分软件最擅长测试的是峰值主频，也一定程度上能考察缓存的情况，但往往不能考察出温升控制能力。决定温升的往往是CPU自身 制程，以及手机等手持设备的散热设计。

我这里替麒麟芯片说句公平话，在美帝制裁之前，麒麟芯片一直和台积电合作，用的是最先进的制程工艺（同时用最新的工艺的还有苹果，苹果的策略一直延续至今），所以台积电代工的麒麟芯片能耗比是最好的（温控最佳），加上华为荣耀一贯的不以跑分为追求目标，所以麒麟芯片跑分不咋地，但一直综合性能是很好的。比起某厂烧WIFI的情况，简直不要好太多。

5）总结：跑分高的手机只能表明短期冲刺能力强，选手机的时候，还是尽量选制程更先进的台积电代工产品，以及能耗比更好的产品。同时不要过分追求极端性能。个人认为，同样的新品，华子和耀子的调教比粗Liang的调教还是更靠谱一些。

娱乐兔和geekbench这些跑分，在购买的时候做一下参考就行了。当年888处理器的跑分惊为天人，但实际使用效果却一言难尽，就是实证。

同意

补充一下哈，这里面因为手机平板都在用ARM架构，而不存在其他架构的产品。因此制程，缓存大小决定能耗比。目前新麒麟芯片在用别的方式提高性能（增加流水线长度，控制主频，用封装的方式补足自己的制程不足），也是一个不得已的办法，缺点就是成本高一些；不过反正只有自己用，成本能用手机价格包住就行，手机不赚钱，云服务能赚钱也可以。

大家如果对这块知识感兴趣，可以去学习专业课：计算机组成原理 和计算机体系结构 类课程。