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文｜雷科技leitech
2月底的MWC因?yàn)橐咔橐呀?jīng)宣布取消，但科技行業(yè)里的發(fā)布會不會減少。2月18號，高通在舉辦了一場線上溝通會，帶來了最新一代的5G芯片——驍龍X60。相比驍龍X55，它的峰值速率提升其實(shí)并不明顯，但有幾個突出的亮點(diǎn)：制程工藝提升到了5nm，是全球首款發(fā)布的5nm芯片；配套天線組的體積縮小，整體可以做得更小。
最近這幾年一路過來，我們可以清晰地發(fā)現(xiàn)芯片制造工藝的突飛猛進(jìn)。2016年，手機(jī)旗艦芯片的工藝制程還是14nm，現(xiàn)在已經(jīng)一步步提升到7nm。2020年，將會有采用5nm芯片的產(chǎn)品批量上市。
臺積電三星奮戰(zhàn)5nm
目前，芯片制造領(lǐng)域的晶圓代工廠，實(shí)力強(qiáng)勁的已經(jīng)不多。在掌握最先進(jìn)的工藝制程上，臺積電和三星是最有資格的選手。
臺積電：上半年量產(chǎn)
根據(jù)臺積電公布的信息，今年上半年就能量產(chǎn)5nm EUV工藝，并且下半年產(chǎn)能將提升到每個月7-8萬片晶圓。
臺積電去年年底發(fā)布的論文數(shù)據(jù)顯示，臺積電7nm工藝每平方毫米可生產(chǎn)大約9627萬個晶體管，而5nm晶體管密度是它的1.83倍，也就是說每平方毫米生產(chǎn)的晶體管能達(dá)到1.77億個。
此外，相比7nm，臺積電5nm EUV能效提升15%，功耗減少30%，測試芯片目前的平均良率是80%、峰值良率為90%。知名科技外媒AnandTech在一篇分析文章中指出，目前參與測試的芯片構(gòu)造比較簡單，真正投產(chǎn)的芯片會更復(fù)雜，良率也會降低。
當(dāng)然，從現(xiàn)在的進(jìn)度來看，臺積電5nm上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)問題不大，下半年我們就能見到搭載5nm芯片的智能設(shè)備大規(guī)模出貨。
三星：奮力直追
在7nm工藝上，三星落后于臺積電一步，不管是高通驍龍855、驍龍865，還是蘋果的A12、A13，以及華為的麒麟980、麒麟990，都采用了臺積電的7nm。
而三星的首款7nm芯片為自家的Exynos 9825，發(fā)布于去年8月份，最新的Exynos 990用的也是7nm制程。
在5nm工藝上，三星加快了腳步。去年三星在Q3財報中透露，5nm工藝已經(jīng)進(jìn)入到流片階段。三星的5nm繼續(xù)沿用7nm LPP工藝的晶體管，密度為它的1.33倍，性能提升了10%，功耗也降低20％。
目前來看，在7nm制程上，臺積電仍然保持領(lǐng)先，有望獲得各大芯片廠商的訂單。不過，三星5nm工藝，已經(jīng)可以超過臺積電的7nm和英特爾的10nm，已經(jīng)迎頭趕上，該有的訂單也不會少。
首批5nm誰先吃上？
剛剛發(fā)布的驍龍X60是目前最先公布的采用5nm工藝的芯片，不過，按照高通公布的計劃，它真正用在消費(fèi)級產(chǎn)品上并大量出貨，還要等到明年年初。產(chǎn)品層面來看，驍龍X60是驍龍X55的升級版，也是高通目前推出的第三代5G解決方案。
據(jù)外媒報道，三星已經(jīng)拿下了驍龍X60 5nm訂單，負(fù)責(zé)這款5G芯片的生產(chǎn)。不過，后續(xù)臺積電依然有可能也負(fù)責(zé)驍龍X60的部分訂單，兩家共同吃上這筆大單。
此外，蘋果今年的A14處理器，已經(jīng)基本可以確定會采用臺積電的5nm工藝，并且成為臺積電的最大客戶。
關(guān)于A14，目前我們能得到的信息還相當(dāng)少。外媒MacWorld表示，在采用5nm制程的情況下，A14的晶體管數(shù)量能達(dá)到125億個，在GeekBench中的多核跑分或許能達(dá)到4500分，甚至可能超過5000分。
國內(nèi)知名數(shù)碼博主@i冰宇宙不久前也在微博上曝光稱，蘋果A14芯片的跑分為單核1559 、多核4047，相比A13有比較大幅度的提升。
至于尚未發(fā)布的iPad Pro 2020，采用的芯片估計是A13X，GPU性能大幅提升。但作為平板產(chǎn)品來說，對芯片功耗的敏感度相對會更低些，A13X估計還是和A13一樣采用臺積電的7nm工藝。
除了蘋果A13和高通驍龍X60，大概率采用5nm工藝的芯片還有麒麟1020、驍龍875、AMD Zen 3處理器等。另外，來自供應(yīng)鏈的消息稱，比特大陸的5nm芯片已經(jīng)在去年年底進(jìn)入流片階段，估計為AI芯片產(chǎn)品。
有消息稱，臺積電的首批5nm客戶主要是蘋果，其次是華為，真正在消費(fèi)級芯片上普及估計還要到2021年。當(dāng)然，不管是2020款的iPhone還是華為新款Mate旗艦，5nm將會成為它們的一個重要賣點(diǎn)。
摩爾定律距離盡頭還有多久？
50多年前，知名的摩爾定律被提出：集成電路上的晶體管數(shù)量，每隔18個月便增加一倍。過去幾十年里，芯片的性能在以驚人的速度不斷迭代更新。進(jìn)入觸屏智能手機(jī)時代后，移動芯片的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，在工藝制程上不斷突破極限。
根據(jù)臺積電公布的規(guī)劃，5nm遠(yuǎn)非終點(diǎn)，未來還將向3nm、2nm邁進(jìn)。按照最樂觀的估計，臺積電2024年能實(shí)現(xiàn)2nm工藝的量產(chǎn)，距離現(xiàn)在還有四年時間。
去年的Hotchips國際大會上，臺積電研發(fā)負(fù)責(zé)人黃漢森在演講報告中稱，摩爾定律依然有效，它沒消亡也沒有減緩。他甚至表示，2050年，晶體管尺寸會縮小到0.1nm。
從三星公布的路線圖來看，它的工藝制程的進(jìn)化路線是7LPP——6LPP——5LPE——4LPE。而且，三星下一個發(fā)力的重點(diǎn)目標(biāo)是3nm GAA工藝，如果未來兩年能量產(chǎn)的話，將實(shí)現(xiàn)對臺積電的反超。
不管是臺積電還是三星，都沒有在工藝制程的進(jìn)化升級上停下腳步。至少目前來看，距離摩爾定律真正失效，還有很長的時間。
當(dāng)然，在芯片制造上，制程每一次進(jìn)步，投入的成本都要增加很多。為了解決工藝問題，科技巨頭們要投入巨額資金用于研發(fā)，而且建設(shè)一座3nm或者2nm級別的晶圓廠需要百億級美元的投入。
最近，臺積電在一場媒體溝通會上宣布，2020年的開支大概在150到160億美元間，其中80％將用于擴(kuò)充產(chǎn)能，包括7nm、5nm及3nm。而在半導(dǎo)體行業(yè)里站在金字塔頂端的三星電子，也宣布未來十年將在晶圓制造上1160億美元。
這也就意味著未來先進(jìn)制程的芯片制造成本可能會更加高，能用得起的芯片廠商可能只有蘋果、華為、高通這些巨頭們。試圖自研芯片領(lǐng)域的新廠商，面對的技術(shù)和資金壁壘，將會更加高。
同樣的，在晶圓制造上，臺積電三星已經(jīng)占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，其他廠商追趕的難度變得相當(dāng)大。不過，中芯國際在工藝制程上的進(jìn)度已經(jīng)非?？?，去年三季度實(shí)現(xiàn)了14nm的量產(chǎn)，比計劃提前了一年，同時12nm也已經(jīng)提上日程。中芯有望拿到華為等廠商的芯片訂單，在依然嚴(yán)峻的形勢下，我們依然有最基本的芯片制造能力。