153亿晶体管，华为Mate 40的麒麟9000是什么水平？

继上周的海外发布会后，10月30日下午，华为在上海举行的Mate 40系列的中国区发布会，除了人民币售价的揭晓，拥有"全球第一款5nm 5G SoC"光环的麒麟9000依然是此次发布会的焦点。

在麒麟9000的各种介绍和宣传中，一定绕不开一个数字：153亿，指的是在这块指甲盖大小芯片上集成了约153亿晶体管。

事实上，几乎每家厂商在推出新一代处理器时，都会强调其集成的晶体管数量，比如iPhone 12搭载的A14晶体管的数量是118亿。

所以，同样是台积电的5纳米制程，华为麒麟9000的晶体管数量比苹果A14多了30%，工艺的先进性、晶体管数量、集成度等都为业界之最。

即使对芯片一无所知，你也能从厂商的态度感受到晶体管的重要性了。那么，为什么厂商这么在意晶体管的数量？小到肉眼无法分辨的晶体管，到底有什么用呢？

晶体管，针尖上的艺术

我们知道，麒麟芯片由华为旗下的华为海思设计，海思的英文名为HISILICON，其中的SILICON就是硅的英文，硅是多数微电子芯片的主要材料，而芯片则是由无数晶体管组成的。

数以亿计的晶体管负责掌控电流开关，即电路中0与1的计算，也就是说，芯片性能的高低，与晶体管密切相关。

制造晶体管的材料，就是我们前面提到的硅了。虽然我们日常生活中再熟悉不过的沙子就含有大量二氧化碳，但要把沙子变成可用于晶体管制造的单晶硅，需要经过多次提纯，有多纯呢？10亿个硅原子最多只能用1个杂质原子，纯度为99.9999%。

提纯后的圆柱状单晶硅，也叫硅锭，重约100公斤，长这样：

再把硅锭切割成一片一片的硅晶片，经抛光后，得到"晶圆"。随着制造工艺的进步，晶圆的面积也在不断增长，由最初直径仅有50毫米，现在用于计算机或手机芯片的晶圆直径已经达到了300毫米。

造出晶圆，制作晶体管的万里长征才迈出了第一步。接下来，需要在晶圆上涂上光刻胶，再用紫外线将掩膜版的电路图案经透镜投影至光刻胶上，进行曝光，经过溶解、刻蚀、冲洗后，晶圆上就留下了设计好的图案。

之后还要再给晶圆指定区域涂上光刻胶，曝光、清洗，再用离子轰击晶圆，没有被光刻胶覆盖的区域就会被刻蚀掉，形成如下的凸起结构，至此，晶体管已基本完成。

当然，以上只是制作晶体管的主要步骤，实际的过程还要复杂得多。随后是对晶体管进行电镀，再在其上面创建金属层以连接不同的晶体管，这些盘根错节的电路网络，就像是这个数字世界的高速公路网。

人类在纳米级的结构上造出了最复杂、最精细的电路结构，堪称针尖上的艺术。

华为Fellow(公司院士)艾伟

话又说回来了，麒麟9000所说的5nm制程，描述的又是什么数值？

当我们谈论芯片制程时，我们在谈论什么？

要搞清楚这个概念，还是要从晶体管说起。晶体管的结构如下图所示：

图片来自回形针视频

电流从源极（S）流入漏极（D），中间的栅极（G）相当于闸门，控制两端电流的通断，实现表示二进制的"0"和"1"。源极和漏极之间的距离，也就是栅极的宽度，影响着电流通过时的损耗，直观体现为芯片的功耗、发热等。

而我们前面也提到，晶体管的数量还决定芯片的性能，要实现更快的运算速度和更复杂的功能，又要塞进尽可能薄的机身中，就要求晶体管体积越小越好。

1992-1997年，制程工艺节点与栅极宽度对应

所以，从减小功耗和提升性能的角度考虑，栅极的宽度显然是越窄越好，所以最初人们用制程描述栅极的宽度，但从上世纪90年代末期开始，制程的技术节点与理想的发展曲线不再匹配，今天我们谈论的5nm、7nm等制程，已经不再与栅极的宽度挂钩，是各家芯片制造厂商根据工艺改进和市场营销需求各自进行的命名，不同厂商相同的纳米制程也无法直接进行比较，比如英特尔的10nm就被普遍认为等效于台积电和三星的7nm，因为三者实际上晶体管密度非常接近。

图片来自虎嗅

因此，当有厂商宣布推出新的工艺节点时，我们可以理解为，这家厂商的工艺又有了进步。当然，台积电的5nm确实是目前已量产的最先进制程。

理解了晶体管和制程两个概念后，我们就能明白麒麟9000为何是当今手机工艺最先进、晶体管数量最多、集成度最高和性能最全面的5G SoC了。

麒麟9000的CPU相比骁龙865+提升10%的同时能效比提升25%；GPU搭载ARM架构最先进的G78微架构，在极小的芯片上堆上了24核，比上一代整整增加了一倍；NPU首次实现业界ISP+NPU融合架构，算力翻倍……这些傲人的参数背后，都离不开5nm制程工艺下的153亿晶体管。