芯片为什么越来越贵，性能提升却越来越小了？这真不怨芯片厂商

文 | 小伊评科技

在去年iPhone15系列发布之后，大家惊奇的发现，作为全世界首款3nm芯片，架构/工艺双升级的A17Pro竟然彻底的翻车了。#头条讲真的#

他的CPU单核、CPU多核、GPU性能相比A16的提升幅度只有10%、12%和4%。

性能提升不大，如果功耗能有所优化倒也还可以接受。

然而，事实却恰好相反。

他的功耗不仅没有降低，反而大大的增加了，其CPU单核功耗相比A16增加了20%，GPU也提高了1W左右。

这种表现和大家印象里工艺升级所应有的性能提升幅度大相径庭，差距巨大，A17Pro也被冠以3nm之耻的称号。

而另一方面，目前芯片的价格却在节节攀升，譬如骁龙8系列旗舰芯片，从曾经的100美元左右一路增长到160美元。

注：最新的骁龙8 Gen 3处理器的初期采购成本已经达到了160美元左右（约1168元人民币）

工艺在一代一代提升，但是性能提升却越来越小，价格也越来越贵，那么这背后到底因为什么？

01

芯片的性能提升为什么越来越小？

在很多人固有的认知里，把工艺升级和性能升级画等号。

这个认知其实是错误的，工艺提升并不一定能够和性能提升直接画等号。

芯片工艺升级最大的优势在于可以通过提高每平方毫米的晶体管密度以此来降低芯片面积，进而降低“单位面积”的生产成本。

举个例子，根据台积电的数据，10nm工艺每平方毫米的晶体管密度是4810万枚，而到了7nm时代就飙升为9760万枚，提升了一倍。

大家想象一下这意味着什么。

这意味着，在芯片单位晶体管数量恒定的情况下，采用7nm工艺可以比10nm工艺下多生产出1倍的芯片。（注：生产芯片的晶圆面积都是恒定的，芯片面积越小成本越低）

既然单体成本降低了，芯片设计厂商就可以根据所降低的成本，合理的增加一些晶体管，以此来提升芯片的性能。

这么一番操作下来，其新芯片最终的量产成本其实相比于前一代芯片并没有大的提升，而性能却提升了。

注：工艺提升也可以带来一定性能提升以及同频功耗的降低，芯片厂商可以设定更激进的频率。

这就是芯片工艺升级所带来的最大的提升之处。

这也就解释了，为啥苹果每一代发布新芯片的时候都会科普，我们新芯片的晶体管数量是多少，相比前代提升了多少。

然而，随着芯片工艺的发展逐步迈入瓶颈期，其晶体管密度的提升幅度越来越小。

笔者结合台积电所发布的晶体管密度数据，给大家做了一张图，如下所示：

可以看到，10nm到7nm，晶体管密度提升了102%；而从7nm到5nm则锐减为70%；而到了3nm时代则只有66%的提升。

而且，这66%还是乐观估计，根据目前行业普遍的预估，成熟版的台积电N3E工艺相比于N5工艺的密度提升只有50%左右。

也就是说，相比于从10nm到7nm的密度提升幅度，5nm到3nm直接少了一半。

因为此前我可以在芯片核心面积不变的情况下，直接把晶体管数量翻一倍，而现在我只能翻0.5倍。

这样一来，芯片厂商想要获得性能的提升，就只能依靠增加芯片的面积来实现。

而芯片面积并不能无限提高，因为他的提升会带来一系列的副作用，比如延迟提升、成本提升、功耗变高等等。

这里也来解释一下，为什么是苹果A系列芯片最先受到影响。

因为A系列的核心面积一直以来都是行业内最大的，在没有内置基带的情况下，其核心面积比标配基带的安卓旗舰芯片的面积都要更大。

这也就意味着苹果芯片更容易触碰到工艺瓶颈的天花板。

因为苹果A系列芯片已经没法再通过提升芯片面积的方式来提升性能了，再扩张，手机主板都放不下了。

而反观安卓这边，由于本身堆料就不是那么丰富，向上还有较大的空间可以通过堆料的方式来提升性能。

而近几代的安卓旗舰芯片也确实是这么做的，比如天玑9300直接用上了全大核设计，芯片规模比天玑9200大多了。

高通这边也一样，骁龙8 Gen 3的GPU规模是非常恐怖的。

但是，GPU和CPU多核性能可以通过堆料来实现性能提升，而CPU单核就不行了。

所以大家可发现，近些年不管是苹果还是高通，其旗舰芯片的CPU单核性能的提升都是乏善可陈的。

02

芯片为什么越来越贵了？

这一点前文我们其实已经提到过了。

由于工艺升级所带来的晶体管密度的提升越来越小，芯片厂商为了提升性能，就不得不扩大芯片的面积以此来增加晶体管数量。

芯片面积提升了，成本可不就提升了。

而且大家不要忽略一个另外一个因素，芯片在生产过程中的成本也是在提高的。

工艺提升的背后，往往需要依赖更加昂贵的设备和技术（更高阶的光刻机、光刻材料等），所以其总和生产成本会有一定的提升。

根据目前已知的信息，台积电的3nm工艺的密度提高了 56%，但是其成本增加了 40%，换算下来每个晶体管的成本实际只降低了 11%。

这是 50 多年来主要工艺技术的最弱扩展。

晶体管密度没提升太多，价格反而增加，你说芯片能不越来越贵么？

未来骁龙8 Gen 4、天玑9400会采用更加激进的规模配置，其所带来的一定是愈发高昂的采购成本。

所以，在没有其他新技术崛起的情况下，硅基半导体芯片尤其是高阶芯片在未来只会越来越贵，只能是大势所趋。

END 希望可以帮到你