稿源：半导体行业观察
滚烫的手机 ， 温度过高而死机的电脑 ， 这些问题时常困扰着广大的使用者们 ， 这背后的原因多半要归咎于芯片过热 。 实际上芯片的发热问题不仅造成了使用上的不便 ， 也给生产者们带来了巨大的技术成本 ， 并限制了芯片性能的进一步的提升 。 一颗小小的芯片为何会产生那么大的热量？芯片的性能与发热量有什么关系？工程师和科学家们又是用什么方法来解决这一问题？本文就将为你揭晓以上问题的答案 。
一 ， 功耗是芯片的梦魇
1965年 ， 英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出了经典的摩尔定律 ，“每18个月性能提升一倍 ， 价格降低一半” ， 这条金科玉律就像一座路标 ， 指引着行业发展的方向与节奏 。 随之而来的就是更小的晶体管 ， 频率更高的CPU ， 集成度更高的数字电路和更低的成本 。 一代又一代的芯片和电子产品由专用走向普及 ， 并逐渐渗透到了生活和工作的方方面面 。
也正是如此 ， 人们打开了数字世界的大门 ， 看到了前所未见的光景 。 但与此同时 ， 芯片性能的跃升也逐渐遇到了瓶颈……
以栅极氧化层为例 ， 在采用CMOS数字电路构造的CPU里 ， 它起到关键的绝缘作用 。 栅极氧化层不仅要保证表面平整 ， 不能有缺陷 ， 为了符合半导体工艺标准 ， 它的厚度也有一个理论的上限值 。 当制程工艺由90nm向65nm过渡时 ， 虽然芯片的集成度得到了提升 ， 但是想要将小于2nm的这层栅极氧化层的厚度继续降低 ， 却是十分困难 。 这一技术难题让英特尔这样的芯片巨头也为之头疼 。
随着芯片的加工工艺精度进入原子级别 ， 任何缺陷都被会被无限放大 ， 比如在内部结构中仅仅缺少一个原子的厚度 ， 就可能引起非常大的漏电流 ， 这样的漏电流不仅白白浪费了电能 ， 更是引起芯片严重发热的原因 。 以早期的英特尔奔腾四CPU为例 ， 有一半的功耗就是由于漏电被浪费了 。
如今的CPU的单核速度可达到4GHz ， 算力的提升也带来了功耗和发热量的水涨船高 ， 这时如果还照方抓药式地采用传统的风扇降温 ， CPU内部的热量就会迅速攀升甚至将其融化 。 为了兼顾算力和功耗 ， 工程师则采用了双核芯片及多核的方法 ， 走多核芯片路线以分担单颗CPU的工作负荷间从而降低功耗和发热 。 除此以外 ， 此后材料的革新 ， 也能够对功耗和散热起到了非常大的优化作用 。
二 ， 神秘的测试
测试是检验真理的唯一标准 。 就像学生时代的临考前 ， 老师们千叮咛万嘱咐的一句话：做完题目别着急交卷 ， 先检查检查 ， 在半导体制造过程中更是如此 ， 从芯片的制造到交付出货期间 ， 芯片测试已成为了不可或缺的环节 。
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