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為何你的電腦CPU仍是硅基?氮化鎵(GaN)在數據處理領域的“阿喀琉斯之踵”
作者:氮化鎵代理商 發布時間:2026-01-12 11:17:31 點擊量:
當我們贊嘆氮化鎵(GaN)在電源和射頻領域的革命性表現時,一個問題自然而然地浮現:既然GaN如此強大,為何我們電腦和手機里的中央處理器(CPU)仍然是硅基的,而非更快的GaN基?答案在于,數據處理芯片與功率器件對晶體管的要求截然不同,而這些要求恰恰擊中了GaN的“阿喀琉斯之踵”。

首先,邏輯電路的核心是構建可以精確控制的“開”和“關”狀態。CPU中的數十億個晶體管必須是“增強型”(normally-off),即默認狀態為關閉,只有在施加電壓時才導通。然而,天然的GaN晶體管卻是“耗盡型”(normally-on),默認就是導通的。雖然可以通過復雜工藝制造出增強型GaN,但這不僅增加了成本,也使得晶體管的結構變得復雜,極不利于后續的微縮。對于需要極致集成度的CPU而言,這是一個根本性的障礙。
其次,CPU的性能飛躍依賴于晶體管的微型化。硅基CMOS工藝已經發展到幾納米的節點,可以在指甲蓋大小的芯片上集成百億級別的晶體管。GaN的制造工藝目前還遠未達到這一水平。其材料特性和器件結構決定了它很難像硅一樣進行等比例縮小。如果無法將晶體管做得足夠小、足夠密集,那么用GaN制造CPU就無從談起,因為其性能優勢將被巨大的體積和成本劣勢所抵消。
最后,功耗和成本也是關鍵考量。雖然單個GaN晶體管效率很高,但在CPU這樣超大規模的集成電路中,靜態功耗和制造成本是決定性因素。硅CMOS工藝在控制靜態功耗方面有著無與倫比的優勢,并且擁有成熟到極致的產業鏈,成本極低。GaN要想在成本和功耗控制上與硅競爭,還有很長的路要走。
因此,盡管GaN在未來十年內有望在功率應用中完全取代硅,但在可預見的未來,它仍然難以觸及數據處理的核心。CPU的王座,將繼續由硅來穩坐,而GaN則將在它擅長的“高能”賽道上,開辟屬于自己的帝國。
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