ARM和TSMC今天宣布，兩家公司將共同開展7nm FinFET芯片的設(shè)計工作。而在此之前，兩家公司曾在16nm 和10nm FinFET芯片設(shè)計中合作過。
總部設(shè)在臺灣的TSMC對自己的描述是 “世界上最大的專業(yè)半導體廠家”。TSMC大量生產(chǎn)諸如NVIDIA、AMD、高通、蘋果、馬維爾和博通之類廠商的芯片。這些芯片廣泛應(yīng)用于手機和其他手持設(shè)備上，其中的絕大多數(shù)使用ARM設(shè)計的處理器內(nèi)核。
應(yīng)用說，TSMC和ARM雙方已經(jīng)都夠忙的了。
不過，僅占據(jù)手機世界對兩家公司來說仍然不夠。根據(jù)兩家公司發(fā)布的公告，他們希望兩家的7nm器件推進到 “移動世界以外的下一代網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域”。他們已經(jīng)把目光投向“更低功耗、更高性能的計算系統(tǒng)芯片”。這些都是我們等了多年的東西。
眾所周知，ARM是設(shè)計處理器內(nèi)核的，其他一眾公司則是發(fā)放模版許可證，并且為自己的應(yīng)用程序定制他們自己的模版，然后就是諸如TSMC之類的公司制造芯片上的系統(tǒng)。ARM和TSMC合作并不意味著ARM就突然開始設(shè)計完整部件了：這意味著手ARM開始為7nm做準備的計劃，以使其更能吸引買家。
據(jù)坊間高人預測，TSMC很可能在7nm使用多模式光刻，而不是EUV。EUV曾被視為半導體行業(yè)的救星，但它幾乎還沒離開設(shè)計工作室就被叫停。
芯片制造商時下是將通過大型設(shè)計掩膜、透鏡和流體（通常是純凈水）將193nm紫外線投到涂有光刻膠的硅晶片上。此為所謂的浸沒式光刻。紫外激光通過掩模中的空白區(qū)改變光刻膠區(qū)域，光刻膠未能覆蓋的部分則被剝離，顯露出的底層硅可被蝕刻或放置新材料。利用不同的掩模圖案一遍又一遍重復該過程就可以獲得各種復雜的微電子電路。
由于涉及到物理和材料性能，使用193nm紫外光構(gòu)建小于22nm晶體管門電路是件非常棘手的事，就更別說7nm了。EUV本來可以簡化此過程，但暗室里那幫專家無法可靠地實現(xiàn)該技術(shù)。
TSMC預計將于2017年后才能開始生產(chǎn)一定數(shù)量的7nm流程節(jié)點芯片。其規(guī)模遠低于時下處理器里所用到的14nm晶體管的數(shù)量。其實TSMC還尚未開始制造10nm部件，10nm部件今年晚些時候才會上市。坊間期望TSMC 以10nm為7nm的跳板：如果TSMC可以搞定10nm，7nm就將隨之而至。
IBM曾于2015年7月高調(diào)宣布自己已經(jīng)造出了7nm晶體管門電路，不過只是實驗室產(chǎn)物。英特爾表示，將于2017年下半年首次生產(chǎn)10nm節(jié)點處理器。
因此，比賽仍在繼續(xù)：誰會先到達目標呢？是英特爾的10nm或是TSMC的 7nm？這場比賽之所以很重要的原因是，一般來說，芯片上的晶體管越小，芯片的效率就越高。功率效率現(xiàn)在越來越重要，大家都希望充電后手機電池可用時間可以更長，也希望數(shù)據(jù)中心的耗電量不要像個小鎮(zhèn)一樣。這就是為什么處理器的功率效率必須高的原因。
初級電子知識
CPU里的晶體管做的兩件事是：晶體管門可以快速打開和關(guān)閉以迅速處理信息；晶體管門關(guān)閉時不需要消耗電流，因為此時消耗的功率是沒有必要的。
如果閣下不是電子工程師的話，可以將晶體管門想象成一個開關(guān)鍵。開關(guān)鍵兩邊是：源和消耗源的井。上面有稱之為門的一個按鈕，按下去后電子流就會通過開關(guān)從源留到井里，繼而進入下一個晶體管。
“源”來如此…… MOSFET門示意圖
將數(shù)以百萬計的晶體管連在一起就可以構(gòu)成復雜的邏輯決策電路，將開、關(guān)狀態(tài)（或0、1）序列變成有用的東西。下圖是一個簡化的普通MOSFET模型……
從源到井……開關(guān)打開時的電子流
如果想在開和關(guān)之間快速切換，按鈕就必須相當敏感：一個小小的、輕微的觸動應(yīng)該就能改變狀態(tài)，而不是需要猛力、笨力才能改變狀態(tài)。但如果按鈕太敏感，置于準備狀態(tài)的手指也能觸發(fā)開關(guān)也不是我們所希望見到的。
簡單一點說，晶體管門也是這樣。當源和門之間的電壓超過一個門檻值后，晶體管開始導通，晶體管門打開。如果這個門檻太低，即使在不應(yīng)該打開時，晶體管也會打開讓電流通過，如此就會消耗功率。但如果門檻太高，就要花很長的時間才能改變導電狀態(tài)。
使用較小的晶體管意味著只需要更低的閾值電壓，因為門柵通道小，開關(guān)時間減少。而較低的門檻意味著芯片所需的電壓就較低，從而降低了動態(tài)功耗，即是說，門打開時的功率量降低。
然而，較低的門檻意味著即便門是關(guān)閉的也會泄漏大量的電流，所以會消耗電池，釋放太多的熱能。
晶體管變得越小，這種泄漏問題就會越多，尤其是在亞10nm這個大小上。一個解決方案是FinFET器件設(shè)計。該方案已經(jīng)在主流生產(chǎn)線上流行幾年了。這些可以將源和井置于一極薄的通道上，然后用門包住它們。如此這些重要部分被置于繭狀物之中，可以防止關(guān)閉狀態(tài)時的泄漏，同時對門的運行提供了更多的控制。換句話說，用了較低的閾值電壓、芯片速度更快了、電源效率更好了。大功告成。
堂堂的FinFET……電子從源流向井
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