为啥芯片越来越贵，性能提升却越来越小？

两件有趣的事情。

首先，去年发布的iPhone15 Pro系列虽然首发了3nm制程，但A17 Pro的表现似乎并没有达到大家的心理预期。其CPU单核、多核和GPU性能相比A16的提升幅度分别仅为10%、12%和4%，而且功耗不仅没有降低，反而大幅增加。

另外，芯片的价格近些年在不断攀升，根据渠道消息，骁龙8系列旗舰芯片的价格已从曾经的100美元左右上涨到160美元左右。

那么为什么芯片的性能提升越来越小，价格反而越来越贵呢？

首先，芯片性能提升幅度变小，并非源于芯片厂商的技术因素。在众多人的观念里，常常会把工艺升级和性能升级画上等号，但这种认知实则有误。芯片工艺升级的关键优势在于增加每平方毫米的晶体管密度，进而缩减芯片面积以及“单位面积”的生产成本。例如，假定之前生产一个芯片需要 10 平方厘米，成本为 100 元，而如今随着工艺的进步，同等性能的芯片或许仅需 5 平方厘米，成本也会降至 50 元。

就像从 10nm 工艺进阶到 7nm 工艺，晶体管密度翻倍增长，这让芯片设计厂商能够在成本降低的状况下，合理增添晶体管数量以提高芯片性能，并且新芯片的量产成本相较于前一代并不会有显著的提高。

然而随着芯片工艺的发展进入瓶颈期，晶体管密度的提升幅度逐渐减小。从10nm到7nm，晶体管密度提升了102%；从7nm到5nm锐减为70%；到3nm时代则只有66%的提升，甚至成熟版的台积电N3E工艺相比于N5工艺的密度提升可能只有50%左右。这意味着芯片厂商想要提升性能，只能依靠增加芯片面积来实现，但芯片面积的增加会带来延迟提升、成本提升、功耗变高等一系列副作用。

苹果A系列芯片最先受到影响，是因为其核心面积一直是行业内最大的，在没有内置基带的情况下，比标配基带的安卓旗舰芯片面积还大，更容易触碰到工艺瓶颈的天花板。而安卓芯片由于堆料相对较少，还有一定的空间通过堆料来提升性能，如天玑9300采用全大核设计，骁龙8 Gen 3的GPU规模也很大。但CPU单核性能的提升却较为困难，因为无法通过堆料来实现。

其次，芯片价格越来越贵的原因是，由于工艺升级带来的晶体管密度提升变小，芯片厂商为了提升性能，不得不扩大芯片面积，从而增加了成本。此外，芯片生产过程中的成本也在提高，因为工艺提升需要依赖更昂贵的设备和技术，就比如更高阶的光刻机、光刻材料等。

根据已知信息，台积电的3nm工艺密度提高了56%，但成本增加了40%，每个晶体管的成本实际只降低了11%，这是50多年来主要工艺技术的最弱扩展。未来，骁龙8 Gen 4、天玑9400等芯片可能会采用更激进的规模配置，这必然导致采购成本进一步提高。因此，在没有新技术崛起的情况下，硅基半导体芯片尤其是高阶芯片的价格只会越来越贵，这是大势所趋。