文 | 小伊評科技
在去年iPhone15系列釋出之後，大家驚奇的發現，作為全世界首款3nm晶片，架構/工藝雙升級的A17Pro竟然徹底的翻車了。#頭條講真的#
他的CPU單核、CPU多核、GPU效能相比A16的提升幅度只有10%、12%和4%。
效能提升不大，如果功耗能有所最佳化倒也還可以接受。
然而，事實卻恰好相反。
他的功耗不僅沒有降低，反而大大的增加了，其CPU單核功耗相比A16增加了20%，GPU也提高了1W左右。
這種表現和大家印象裡工藝升級所應有的效能提升幅度大相徑庭，差距巨大，A17Pro也被冠以3nm之恥的稱號。
而另一方面，目前晶片的價格卻在節節攀升，譬如驍龍8系列旗艦晶片，從曾經的100美元左右一路增長到160美元。
注：最新的驍龍8 Gen 3處理器的初期採購成本已經達到了160美元左右（約1168元人民幣）
工藝在一代一代提升，但是效能提升卻越來越小，價格也越來越貴，那麼這背後到底因為什麼？
01
晶片的效能提升為什麼越來越小？
在很多人固有的認知裡，把工藝升級和效能升級畫等號。
這個認知其實是錯誤的，工藝提升並不一定能夠和效能提升直接畫等號。
晶片工藝升級最大的優勢在於可以透過提高每平方毫米的電晶體密度以此來降低芯片面積，進而降低“單位面積”的生產成本。
舉個例子，根據臺積電的資料，10nm工藝每平方毫米的電晶體密度是4810萬枚，而到了7nm時代就飆升為9760萬枚，提升了一倍。
大家想象一下這意味著什麼。
這意味著，在晶片單位電晶體數量恆定的情況下，採用7nm工藝可以比10nm工藝下多生產出1倍的晶片。（注：生產晶片的晶圓面積都是恆定的，芯片面積越小成本越低）
既然單體成本降低了，晶片設計廠商就可以根據所降低的成本，合理的增加一些電晶體，以此來提升晶片的效能。
這麼一番操作下來，其新晶片最終的量產成本其實相比於前一代晶片並沒有大的提升，而效能卻提升了。
注：工藝提升也可以帶來一定效能提升以及同頻功耗的降低，晶片廠商可以設定更激進的頻率。
這就是晶片工藝升級所帶來的最大的提升之處。
這也就解釋了，為啥蘋果每一代釋出新晶片的時候都會科普，我們新晶片的電晶體數量是多少，相比前代提升了多少。
然而，隨著晶片工藝的發展逐步邁入瓶頸期，其電晶體密度的提升幅度越來越小。
筆者結合臺積電所釋出的電晶體密度資料，給大家做了一張圖，如下所示：
可以看到，10nm到7nm，電晶體密度提升了102%；而從7nm到5nm則銳減為70%；而到了3nm時代則只有66%的提升。
而且，這66%還是樂觀估計，根據目前行業普遍的預估，成熟版的臺積電N3E工藝相比於N5工藝的密度提升只有50%左右。
也就是說，相比於從10nm到7nm的密度提升幅度，5nm到3nm直接少了一半。
因為此前我可以在晶片核心面積不變的情況下，直接把電晶體數量翻一倍，而現在我只能翻0.5倍。
這樣一來，晶片廠商想要獲得性能的提升，就只能依靠增加晶片的面積來實現。
而芯片面積並不能無限提高，因為他的提升會帶來一系列的副作用，比如延遲提升、成本提升、功耗變高等等。
這裡也來解釋一下，為什麼是蘋果A系列晶片最先受到影響。
因為A系列的核心面積一直以來都是行業內最大的，在沒有內建基帶的情況下，其核心面積比標配基帶的安卓旗艦晶片的面積都要更大。
這也就意味著蘋果晶片更容易觸碰到工藝瓶頸的天花板。
因為蘋果A系列晶片已經沒法再透過提升芯片面積的方式來提升效能了，再擴張，手機主機板都放不下了。
而反觀安卓這邊，由於本身堆料就不是那麼豐富，向上還有較大的空間可以透過堆料的方式來提升效能。
而近幾代的安卓旗艦晶片也確實是這麼做的，比如天璣9300直接用上了全大核設計，晶片規模比天璣9200大多了。
高通這邊也一樣，驍龍8 Gen 3的GPU規模是非常恐怖的。
但是，GPU和CPU多核效能可以透過堆料來實現效能提升，而CPU單核就不行了。
所以大家可發現，近些年不管是蘋果還是高通，其旗艦晶片的CPU單核效能的提升都是乏善可陳的。
02
晶片為什麼越來越貴了？
這一點前文我們其實已經提到過了。
由於工藝升級所帶來的電晶體密度的提升越來越小，晶片廠商為了提升效能，就不得不擴大晶片的面積以此來增加電晶體數量。
芯片面積提升了，成本可不就提升了。
而且大家不要忽略一個另外一個因素，晶片在生產過程中的成本也是在提高的。
工藝提升的背後，往往需要依賴更加昂貴的裝置和技術（更高階的光刻機、光刻材料等），所以其總和生產成本會有一定的提升。
根據目前已知的資訊，臺積電的3nm工藝的密度提高了 56%，但是其成本增加了 40%，換算下來每個電晶體的成本實際只降低了 11%。
這是 50 多年來主要工藝技術的最弱擴充套件。
電晶體密度沒提升太多，價格反而增加，你說晶片能不越來越貴麼？
未來驍龍8 Gen 4、天璣9400會採用更加激進的規模配置，其所帶來的一定是愈發高昂的採購成本。
所以，在沒有其他新技術崛起的情況下，矽基半導體晶片尤其是高階晶片在未來只會越來越貴，只能是大勢所趨。
END 希望可以幫到你