今天來聊聊一個最近很熱門，但其實誤會超大的東西：半導體製程的「奈米」。
你一定聽過，蘋果最新的 iPhone 用了台積電 3 奈米 [3nm] 晶片，聽起來超猛，對吧？3 奈米耶，一個矽原子直徑大概才 0.2 奈米，這樣算下來，一顆電晶體不就才十幾個原子排在一起？這... 這簡直是黑魔法了吧。
重點一句話
先說結論：現在晶片上根本沒有任何一個零件的尺寸是 3 奈米。沒錯，一個都沒有。這個「3nm」比較像是一個產品代號，或是一種... 嗯，行銷上的「榮譽勳章」，而不是一個實際的物理尺寸。
老實說，目前所謂的 3 奈米製程，裡面最小的關鍵結構，尺寸大概都還在 20 奈米上下。所以那個「3nm」的標籤，跟電晶體真實大小的關係，大概就像... 就像牛肉麵裡沒有牛一樣？不對，這個比喻太爛了。應該說，它更像汽車型號的「320i」或「C300」，你知道它代表了某個等級的性能，但絕對不會天真地以為它的引擎就是 3.2 或 3.0 公升，對吧？就是這個意思。
那這名字是怎麼歪掉的？
這故事要從很久以前講起。以前的半導體產業，其實很單純很可愛。
大概在 2008 年以前，製程節點的名稱，例如「130 奈米」、「90 奈米」，它真的就代表了晶片上最小的那個零件的尺寸，通常是指「閘極長度」[gate length]。那個年代，大家信奉一個神主牌，叫做「摩爾定律」[Moore's Law]。
簡單說，摩爾定律就是一個經驗觀察：積體電路 [IC] 上能塞進的電晶體數量，大概每兩年就會翻一倍。要怎麼達成？最直接的方法就是把電晶體縮小嘛。
所以當時的規則很簡單：新一代製程，就是要把電晶體的面積縮小一半。長跟寬各自縮小為原本的 0.7 倍（也就是根號二分之一），面積就差不多是 0.7 x 0.7 = 0.49，大概一半了。所以你看製程節點的命名，130nm → 90nm → 65nm → 45nm... 差不多就是這樣一路除以 1.4 下來的。
但在那個時候，事情開始不對勁了。
物理定律這堵牆，我們終究是紮紮實實地撞上去了。當電晶體縮到幾十奈米的時候，各種量子效應、漏電問題開始變得超級棘手，而且再縮下去的成本暴增，效能提升卻越來越少。簡單講，就是「縮小」這招的 CP 值變得超低。
可是... 可是摩爾定律的精神不能亡啊！產業還是需要更強、更省電、更便宜的晶片。那怎麼辦？
工程師們想出了各種鬼才方法，既然橫向縮小很難，那就往上蓋啊！這就是「FinFET」技術的誕生。你可以想像，以前的電晶體是平房，閘門跟通道的接觸面只有一個平面；FinFET 就像是把通道拉起來變成一道立體的「鰭」，像魚鰭一樣，這樣閘門就可以三面（左、右、上）包住通道，控制電流的效果更好。在同樣的佔地面積上，效能跟功耗都大幅改善。
這招一出來，簡直是續命仙丹。雖然電晶體本身不一定真的縮小了多少，但整體的「電晶體密度」和「效能」確實提升了。廠商們覺得，欸，這也算是符合摩爾定律「密度加倍」的精神嘛！好，那我們的產品代號... 就繼續給他往下走到「22nm」、「14nm」吧！
從這一刻起，製程節點的名稱，就跟它最原始的物理意義，正式脫鉤了。
所以現在的「節點名稱」到底代表什麼？
簡單講，它從一個「物理指標」變成了一個「綜合實力指標」。當台積電或三星說他們推出了新一代的 N3 或 3nm 製程，他們想表達的是一個綜合的概念，而不是單一尺寸。
我自己是覺得，可以用下面這個表格來理解這個轉變，會清楚很多。
| 指標 | 以前 (大概 2008 年前) | 現在 |
|---|---|---|
| 節點名稱的意義 | 很單純，差不多就是最小的那個零件（閘極長度）的尺寸。說 90nm，就是 90nm 左右。 | 比較像產品代號，表示「我比上一代更強」。跟實際尺寸沒啥直接關係了。 |
| 進步的主要方式 | 縮小！縮小！再縮小！硬把電晶體做小就對了。 | 改結構 (像 FinFET 或最新的 GAA)、換材料、優化電路設計… 組合拳啦，縮小只是其中一招而已。 |
| 摩爾定律的體現 | 電晶體密度每兩年翻一倍，靠縮小尺寸來達成，很直接。 | 密度翻倍的「精神」還在，但手段五花八門。有時候密度沒增加多少，但效能或功耗變好，也算「升級」，照樣給新名字。 |
| 給你看的意義 | 數字越小越好，很直接。130nm 就是比 90nm 舊。 | 參考用，千萬別當真。7nm 不一定樣樣都輸 5nm，要看具體是誰家的、用在哪，還有很多眉角。 |
你看，Intel 之前就發生過 10nm 節點的電晶體密度和尺寸跟前代 14nm 差不多，但他們透過各種優化，讓效能提升了 10-15%。他們還是把這個新製程叫做「10nm SuperFin」，給了個新名字。這在業界已經是常態了。
所以，業界內部現在更關心的是一個叫 PPAC 的東西：Power (功耗)、Performance (效能)、Area (面積)、Cost (成本)。在不犧牲太多成本的情況下，盡可能地提升效能、降低功耗，才是大家真正在追逐的目標。節點名稱只是給市場看的一個方便的標籤。
好，我知道了。那我到底該在乎什麼？
這才是最重要的問題。對我們這些終端使用者來說，管你叫 3 奈米還是 3 埃米（比奈米還小 10 倍），根本不重要。我們在乎的永遠是：
- 我的手機、電腦跑起來順不順？(Performance)
- 電池能撐多久？會不會發燙？(Power)
- 這東西賣多少錢？(Cost)
所以下次買新手機、新筆電或新顯卡時，我的建議是，直接忽略廠商在發表會上大肆宣傳的「X 奈米」這個詞。你應該去看可信的第三方評測，像是國外的 AnandTech、Tom's Hardware 這些網站，他們會用一套標準化的測試軟體 (benchmark suites) 去暴力實測，告訴你在跑遊戲、剪影片、日常使用等不同情境下，這顆晶片的實際表現如何。
更有趣的是，當你去看一些更上游的研究機構，像是歐洲那個很有名的研究中心 IMEC 發布的未來 20 年技術藍圖，你會發現一個驚人的事實：即便他們規劃到未來所謂的「A5」節點 (5 埃米，這數字已經小到荒謬了)，預測的最小物理特徵尺寸，其實一直都還停留在 16nm、25nm 左右，跟現在相比根本沒變多少。這就再次證明了，那個節點名稱真的只是個代號。
所以… 摩爾定律到底死了沒？
嗯... 這個問題超經典，答案也很曖昧，要看你怎麼定義「摩爾定律」。
說法一：早就沒意義了。
如果你死守「積體電路上電晶體數量每兩年翻一倍」這個最原始的定義，那... 老實說，它早就沒意義了。因為現在的晶片產品線太複雜了，有給手機用的、有給伺服器用的，大小和目標都不同，很難用一個統一標準去衡量。
說法二：差不多結束了。
如果你認為摩爾定律的精神是「靠縮小電晶體來進步」，那它也差不多結束了。因為我們已經看到，物理尺寸的縮小速度，早就跟不上節點名稱更新的速度了。
說法三：還活著，只是在吊點滴。
但如果你把它的精神看作是「電晶體密度」或「綜合效能 (PPAC)」的持續增長，那... 嗯，它可能還活著。雖然手段變了，不再是單純的縮小，但整個產業確實還在努力讓晶片每隔一段時間就變得更強。只是這個「定律」的預測性跟純粹性，已經大不如前了。
我自己是覺得，糾結它死不死沒太大意思。更重要的是，我們要知道「用一個數字總結處理器好壞」的時代，真的已經過去了。下次再看到手機或電腦發表會上，CEO 在那邊興奮地大喊「我們率先進入 X 奈米時代！」，你心裡就有個底了。重點不是那個數字，而是它實際上帶來了多少好處。你真的感覺到手機變快、變省電了嗎？那才是真的。
你最近一次換手機或電腦，最有感的是效能變強，還是電池續航撐更久？在下面留言聊聊你的看法吧！
