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2月底的MWC因為疫情已經宣布取消,但科技行業里的發布會不會減少。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并不明顯,但有幾個突出的亮點:制程工藝提升到了5nm,是全球首款發布的5nm芯片;配套天線組的體積縮小,整體可以做得更小。

5nm制程即將上線,會是iPhone 12殺手锏嗎?

最近這幾年一路過來,我們可以清晰地發現芯片制造工藝的突飛猛進。2016年,手機旗艦芯片的工藝制程還是14nm,現在已經一步步提升到7nm。2020年,將會有采用5nm芯片的產品批量上市。

臺積電三星奮戰5nm

目前,芯片制造領域的晶圓代工廠,實力強勁的已經不多。在掌握最先進的工藝制程上,臺積電和三星是最有資格的選手。

臺積電:上半年量產

根據臺積電公布的信息,今年上半年就能量產5nm EUV工藝,并且下半年產能將提升到每個月7-8萬片晶圓。

臺積電去年年底發布的論文數據顯示,臺積電7nm工藝每平方毫米可生產大約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的晶體管能達到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造比較簡單,真正投產的芯片會更復雜,良率也會降低。

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當然,從現在的進度來看,臺積電5nm上半年實現量產問題不大,下半年我們就能見到搭載5nm芯片的智能設備大規模出貨。

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工藝已經進入到流片階段。三星的5nm繼續沿用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,臺積電仍然保持領先,有望獲得各大芯片廠商的訂單。不過,三星5nm工藝,已經可以超過臺積電的7nm和英特爾的10nm,已經迎頭趕上,該有的訂單也不會少。

首批5nm誰先吃上?

剛剛發布的驍龍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,它真正用在消費級產品上并大量出貨,還要等到明年年初。產品層面來看,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。

據外媒報道,三星已經拿下了驍龍X60 5nm訂單,負責這款5G芯片的生產。不過,后續臺積電依然有可能也負責驍龍X60的部分訂單,兩家共同吃上這筆大單。

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此外,蘋果今年的A14處理器,已經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。

關于A14,目前我們能得到的信息還相當少。外媒MacWorld表示,在采用5nm制程的情況下,A14的晶體管數量能達到125億個,在GeekBench中的多核跑分或許能達到4500分,甚至可能超過5000分。

國內知名數碼博主@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。

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至于尚未發布的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,來自供應鏈的消息稱,比特大陸的5nm芯片已經在去年年底進入流片階段,估計為AI芯片產品。

有消息稱,臺積電的首批5nm客戶主要是蘋果,其次是華為,真正在消費級芯片上普及估計還要到2021年。當然,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。

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。進入觸屏智能手機時代后,移動芯片的發展更是突飛猛進,在工藝制程上不斷突破極限。

根據臺積電公布的規劃,5nm遠非終點,未來還將向3nm、2nm邁進。按照最樂觀的估計,臺積電2024年能實現2nm工藝的量產,距離現在還有四年時間。

去年的Hotchips國際大會上,臺積電研發負責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。

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從三星公布的路線圖來看,它的工藝制程的進化路線是7LPP——6LPP——5LPE——4LPE。而且,三星下一個發力的重點目標是3nm GAA工藝,如果未來兩年能量產的話,將實現對臺積電的反超。

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不管是臺積電還是三星,都沒有在工藝制程的進化升級上停下腳步。至少目前來看,距離摩爾定律真正失效,還有很長的時間。

當然,在芯片制造上,制程每一次進步,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,而且建設一座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%將用于擴充產能,包括7nm、5nm及3nm。而在半導體行業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。試圖自研芯片領域的新廠商,面對的技術和資金壁壘,將會更加高。

同樣的,在晶圓制造上,臺積電三星已經占據了絕對的優勢,其他廠商追趕的難度變得相當大。不過,中芯國際在工藝制程上的進度已經非常快,去年三季度實現了14nm的量產,比計劃提前了一年,同時12nm也已經提上日程。中芯有望拿到華為等廠商的芯片訂單,在依然嚴峻的形勢下,我們依然有最基本的芯片制造能力。

責任編輯:肖舒

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