通過(guò)增大芯片面積，一個(gè)芯片中可以放下更多的晶體管，更多的晶體管可以實(shí)現(xiàn)功能更復(fù)雜，性能更高的芯片呢。這是一個(gè)比較有意思的問(wèn)題。乍一看貌似很有道理的樣子，那么為什么半導(dǎo)體行業(yè)卻沒(méi)有這么發(fā)展呢？

首先我們看一下，一顆芯片是怎樣制造出來(lái)的呢？在半導(dǎo)體制造中，先將單晶硅棒經(jīng)過(guò)拋光、切片之后，成為了晶元（wafer）。而每一片wafer經(jīng)過(guò)摻雜、光刻、等步奏后形成一個(gè)個(gè)芯片。

成品的wafer一般長(zhǎng)成下圖，wafer內(nèi)一小塊一小塊的正方形我們稱(chēng)之為die，即未封裝的芯片。

那么如果晶元的尺寸不變而增大單個(gè)芯片的大小會(huì)有什么后果呢？1）一片wafer中芯片個(gè)數(shù)變少 這一點(diǎn)很好理解，比如下圖，圓形是wafer的范圍，正方形為一個(gè)die。隨著芯片面積的增大，相同大小一片wafer中包好的芯片個(gè)數(shù)從16變成4再到1。這樣就會(huì)造成制造成本很高。 2）良率變差 良率可以簡(jiǎn)單理解為，一片wafer中可以正常工作的芯片。在芯片制造中由于灰塵或者切割或工藝等問(wèn)題，會(huì)使同一片wafer中若干區(qū)域損壞，造成芯片報(bào)廢。我們還是一下圖為例。黑色點(diǎn)為損壞點(diǎn)。單個(gè)芯片面積越大良率越低。

那如我們同時(shí)將晶元的面積變大，這樣是不是就可以解決以上兩個(gè)問(wèn)題了？ 下圖為晶元面積的發(fā)展史，很可惜晶元面積的增長(zhǎng)速度較慢。如果不進(jìn)行晶體管尺寸縮小，僅僅依靠晶元變大，那么半導(dǎo)體發(fā)展將遠(yuǎn)遠(yuǎn)的落后于摩爾定律。

選用更先進(jìn)的工藝除了成本和良率的好處之外還有哪些方面的優(yōu)勢(shì)呢？一個(gè)MOS管的基本結(jié)構(gòu)如下：

每一代新工藝節(jié)點(diǎn)，晶體管的溝道長(zhǎng)度L變小。溝道長(zhǎng)度變小后，晶體管有更快的反應(yīng)速度，更低的控制電壓。

1）更快的頻率 隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，芯片的頻率越來(lái)越高。

2）更低的電壓 而芯片的功耗是與電壓成平方關(guān)系，電壓的降低，可以極大的減少功耗。

由上可知，芯片的性能（頻率、面積、功耗）與芯片中集體管個(gè)數(shù)并沒(méi)有必然聯(lián)系，而僅僅通過(guò)增大面積無(wú)法達(dá)到提高性能的目的。 下圖是近40年來(lái)芯片發(fā)展圖，由圖可知通過(guò)不斷縮減晶體管尺寸，確保了近40年來(lái)半導(dǎo)體業(yè)高速的發(fā)展。

延伸閱讀

但是進(jìn)入28nm以后再按照以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)縮減晶體管尺寸，將會(huì)失效。短溝道效應(yīng)造成晶體管無(wú)法關(guān)斷。目前業(yè)內(nèi)通過(guò)Fin－FET， SOI等技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。