集成电路发展的四个阶段和苹果dieshot赏析，全球十大半导体营收对比

启芯硬件 2024-10-24 18:38 627浏览 0评论 0点赞

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芯片的工艺制程发展涉及到制程节点的不断缩小、技术创新的推动以及新材料的引入。

大概梳理

1-芯片制程发展的四个历程

在1985年到2021年这36年间，晶体管数量激增了2000000+多倍！！（200万倍）这个数据相当惊人，而芯片制程发展主要经历四个阶段分别是

第一阶段：1985年-2000年：

在这一时期，芯片制程主要使用的是MOS（金属-氧化物-半导体）工艺，节点主要为1微米到180纳米。

制程主要集中在CMOS（互补金属氧化半导体）技术上，随着电路规模的增加，制程节点逐渐缩小。

随着技术的发展，芯片的性能和功能逐渐提升，从而推动了计算机和通信技术的发展。

第二阶段：2000年-2010年：

到了这一阶段，芯片制程进一步缩小至90纳米以下，从进入90纳米、并不断微缩至65纳米、45纳米和32纳米等制程节点。

同时引入了低功耗和高性能的材料，如高介电常数的材料和金属栅极技术（一般简称HKMG, 即high K, mental gate，如果了解foundry，或熟悉45nm/32nm/28nm等工艺的朋友，看到这个术语应该很亲切），以提高晶体管的性能。

这一时期显著的特点是多核处理器逐渐成为主流，提高了芯片整体的计算能力。

第三阶段，2010年-2020年：

制程节点进一步缩小至22纳米、14纳米、10纳米，甚至更小。

FinFET（鳍式场效应晶体管）以及GAA技术的引入，提高了晶体管的开关速度和功耗控制。

FinFET已经有大量的文献介绍，我这里就不细说，贴一张图，FINFET最显著的特点就是将平面的MOS进行立体化，最大的好处就是能更精细的控制MOS这个开关

FINFET和GAA的区别对比如下，GAA是基于FINFET的进一步立体化，主要是7nm以下，晶体管开关的控制更难，由于沟道的缩小，漏电问题也更加明显，所以，进一步的立体化，能实现更精细的控制，当然，复杂的结构也意味着制造工艺的更加复杂。

FinFET及GAA为什么能实现更精细的控制，下面这张图能更好的说明这个问题

三维堆叠技术的发展，使得芯片集成度更高，性能更强大。

在这个时期，苹果开始逐步引入自家设计的芯片，如A系列芯片，用于iPhone和iPad等设备。

MOS的整个发展历史如下图所示，此图能更直观的展示控制的逐步细化，也能清晰的看到实现的复杂度逐步加大。

第四阶段，2020年至今：

制程节点进一步缩小至7纳米、5纳米，以及更小的节点。

异构集成（heterogeneous integration）的发展，即在同一芯片上集成不同种类的处理单元，如CPU、GPU、AI加速器等。

2-苹果自研芯片始末

苹果公司引入M1芯片，这是一系列基于ARM架构的自家设计芯片，用于Mac电脑。这标志着苹果从Intel全面转向了自家设计的芯片架构。很多读者也许不知道，苹果手机最开始并不想用ARM架构，而是希望英特尔能帮忙定制低功耗的移动端处理器，但英特尔当时的CEO认为移动端处理器没有前景，而拒绝了。。。。

被迫无奈，乔布斯才考虑用ARM架构，并一直保持至今，在这个过程中，ARM也得到了发展壮大，后来，英特尔系统能夺回部分移动处理器市场，虽投入巨大，但仍然颗粒无收。

但PC端的处理器，一直没有好的选择，只能忍耐英特尔挤牙膏，直到ARM的发展壮大以及芯片制造工艺的足够先进，苹果终于全面转向ARM架构，完全放弃了英特尔的X86架构。

究其原因，无外乎是以下几点：

控制技术方向和创新：

自研芯片使苹果能够更好地掌握技术发展方向，从而实现更高水平的创新。通过在芯片设计和制造上投入资源，苹果可以开发出满足其产品需求的定制化解决方案，提供更好的性能、效率和用户体验。

提升产品性能和能效：

自研芯片使苹果能够更好地控制产品的性能和能效，从而提升产品竞争力。定制化的芯片设计可以针对苹果设备的特定需求进行优化，实现更高的性能和更低的功耗，提升用户体验。

降低成本和依赖：

自研芯片可以降低苹果的生产成本，并减少对外部供应商的依赖。通过垂直整合芯片设计和制造过程，苹果可以更好地控制成本，并在技术和供应链方面具备更大的灵活性和独立性。

提升安全性和隐私保护：

自研芯片使苹果能够更好地控制产品的安全性和隐私保护。通过在芯片级别实现安全功能和加密技术，苹果可以提供更高水平的数据安全和隐私保护，增强产品的竞争优势。

优化软硬件集成：

自研芯片可以更好地实现软硬件集成，提升产品的性能和稳定性。苹果可以将芯片设计与其操作系统和应用软件紧密结合，实现更好的性能优化和系统稳定性，提升用户体验。

3-全球十大半导体公司营收2023年对比2022年

详细的工艺节点可以参考我此前微信公众号中发表APPLE M1 ULTRA中关于台积电的描述，里面有详细的工艺节点演进图。

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