指甲蓋大小的手機(jī)處理器，為何能集成上百億個(gè)晶體管？

手機(jī)處理器的芯片大小，與大拇指指甲蓋差不多大小，但是一個(gè)小小的芯片，卻能裝下上百億個(gè)晶體管。iphone12中的手機(jī)處理器A14，搭載5納米工藝，集成了118億個(gè)晶體管。

那么小的芯片，真的能裝下上百億個(gè)晶體管嗎?

納米(nm)是長度單位，一納米等于10的負(fù)9次方米，是一個(gè)非常小的長度單位。珠穆朗瑪峰高8848米，它的百萬分之一，僅相當(dāng)于一本書的厚度。而1納米相當(dāng)于一毫米的百萬分之一。單個(gè)細(xì)菌人肉眼是看不見的，因?yàn)樗闹睆皆谖⒚准?jí)別，而1納米是1微米的千分之一。

氫原子是原子中最小的，它的半徑大約是0.037納米，13個(gè)氫原子排成一條線的長度大約等于1納米?，F(xiàn)在的手機(jī)cpu是硅基芯片，而硅原子的直徑為0.234nm，4個(gè)硅原子排排坐就有1納米的長度。

1納米這么小，那么在一款小小的手機(jī)芯片上集成100億個(gè)晶體管，就很好理解了，是可以做到的。

世界上第1臺(tái)電腦埃尼阿克出現(xiàn)的時(shí)候，體積比一個(gè)房間還大。1958年杰克·基爾比發(fā)明了基于的集成電路，后面羅伯特·諾伊思發(fā)明了基于硅的集成電路。工程師們直接將晶體管制作在一片硅晶片上，微電路(芯片)隨之誕生。為了降低功耗和提高性能，集成電路的晶體管數(shù)量越來越多，元器件也被做的越來越小。

現(xiàn)在芯片制造工藝早已從微米時(shí)代進(jìn)入了納米時(shí)代。手機(jī)和電腦的cpu就是集成度最高的芯片?，F(xiàn)在一塊手機(jī)cpu的面積大約在100平方毫米左右，而一平方毫米至少可以集成1000萬個(gè)晶體管。

隨著微電子技術(shù)的提高，僅僅幾年的時(shí)間，硅基芯片制造工藝就從幾十納米進(jìn)入了幾納米時(shí)代。目前集成電路的制造工藝已經(jīng)達(dá)到了5納米水平，蘋果A14處理器就使用了臺(tái)積電的5納米制造工藝。不過元器件的尺度已經(jīng)快接近極限了，要想提高芯片的性能，就只能另尋它法，比如碳基半導(dǎo)體。

納米技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1~100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用，是上世紀(jì)90年代初迅速發(fā)展起來的，距今不過30年。

納米技術(shù)的概念最早是物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼于1959年提出來的。直到1981年，科學(xué)家們發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，才擁有了目睹納米尺度下原子、分子的能力，后面還擁有了操控單個(gè)原子的能力。