《電子技術(shù)應(yīng)用》
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與之前的5nm相比,,新一代的4nm制程工藝降低了45%的功耗

2022-08-26
來(lái)源:潛力變實(shí)力

許多人偶爾會(huì)謊報(bào)自己的年齡或體重,,這可能并不是什么大問(wèn)題,。但是,如果企業(yè)出現(xiàn)了類(lèi)似的謊報(bào)行為,,則可視為虛假?gòu)V告,,是在欺騙用戶(hù)。據(jù)芯智訊收到的一份據(jù)稱(chēng)半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)TechInsights的報(bào)告(我們沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)TechInsights的會(huì)員,,因此無(wú)法進(jìn)一步查證),,現(xiàn)在的半導(dǎo)體市場(chǎng)就出現(xiàn)了這種“謊報(bào)”的行為,兩家領(lǐng)先的代工廠都放任客戶(hù)聲稱(chēng)他們采用了4nm工藝,,而實(shí)際使用的卻仍是5nm技術(shù),。這種情況讓雙方均形象受損,尤其是代工廠,。這背后,,也意味著晶體管微縮技術(shù)發(fā)展的放緩。報(bào)告稱(chēng),,這個(gè)問(wèn)題最初始于三星

在與臺(tái)積電下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)中,,三星在交付5nm芯片的一年后,,宣布將于2021年底交付生產(chǎn)4nm芯片,。如圖1所示,臺(tái)積電計(jì)劃在5nm和4nm節(jié)點(diǎn)之間用兩年時(shí)間,,在2022年第2季度交付4nm,。為了避免給三星“耀武揚(yáng)威”的機(jī)會(huì),臺(tái)積電決定將其N(xiāo)4(4nm)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度“拉快”兩個(gè)季度,,以恰巧趕上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,。首個(gè)使用臺(tái)積電N4工藝的芯片是聯(lián)發(fā)科的天璣9000系列。臺(tái)積電可以突然從其通常嚴(yán)格而耗時(shí)的生產(chǎn)認(rèn)證周期中足足擠出六個(gè)月的時(shí)間,,對(duì)于這一點(diǎn),,我們本就應(yīng)該感到懷疑。

當(dāng)TechInsights分析天璣9000并發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵工藝尺寸與臺(tái)積電早期N5產(chǎn)品完全相同時(shí),,情況就不妙了,。顯然,臺(tái)積電聲稱(chēng)的4nm產(chǎn)品是虛假的,,正如聯(lián)發(fā)科技聲稱(chēng)擁有4nm處理器一樣,。與此同時(shí),三星的智能手機(jī)部門(mén)正準(zhǔn)備推出Galaxy S22,,該機(jī)型部分搭載了三星自有的Exynos 2200處理器,,宣稱(chēng)采用4nm技術(shù)制造,但高通的驍龍8 Gen 1(出現(xiàn)在一些S22型號(hào)內(nèi))采用的是5nm技術(shù)制造,。為避免客戶(hù)對(duì)一種處理器(較于另一種處理器)在制程工藝上領(lǐng)先的渴望,,兩家公司決定將8 Gen 1作為4nm芯片推出。

因?yàn)槿巧a(chǎn)這兩種產(chǎn)品,,所以它創(chuàng)造了一種稱(chēng)為4LPX的新工藝,,像N4一樣,但只為一種產(chǎn)品服務(wù),。TechInsights在分析了驍龍芯片后,,發(fā)現(xiàn)三星4LPX工藝在物理上與其5LPE工藝并沒(méi)有什么不同。但頗為諷刺的是,,唯一使用真正4nm技術(shù)的產(chǎn)品比假冒的4nm產(chǎn)品表現(xiàn)更差,。因?yàn)椋窃趯⑵?LPE工藝投入生產(chǎn)方面過(guò)于冒進(jìn),,導(dǎo)致Exynos 2200高缺陷率和低能效——特別是在其新的圖形引擎中,。

由于Exynos芯片供應(yīng)有限,三星電子在大多數(shù)Galaxy S22型號(hào)采用了高通驍龍8 Gen 1 處理器,。這些生產(chǎn)困境進(jìn)一步促使高通轉(zhuǎn)向采用臺(tái)積電N4P工藝代工其新一代的旗艦處理器驍龍8+ Gen 1,。TechInsights認(rèn)為,臺(tái)積電N4P才是真正的4nm技術(shù),。驍龍8+ Gen 1是首個(gè)公開(kāi)的臺(tái)積電N4P工藝產(chǎn)品,,預(yù)計(jì)蘋(píng)果A16也將會(huì)使用N4P代工,。這兩種芯片都已經(jīng)投產(chǎn),蘋(píng)果A16并將在9月份左右應(yīng)用于新一代的iPhone 14系列手機(jī),。

臺(tái)積電通常會(huì)給蘋(píng)果一到兩個(gè)季度的獨(dú)家使用權(quán)來(lái)使用其最新的制造技術(shù),。看到高通出現(xiàn)在首批客戶(hù)名單上令人驚訝,,尤其是考慮到其基于驍龍的智能手機(jī)與蘋(píng)果的iPhones直接全面競(jìng)爭(zhēng),。

在芯片的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,有三個(gè)主要環(huán)節(jié),,分別是設(shè)計(jì),、制造、封測(cè),。

以前的芯片企業(yè),,需要自己搞定這三個(gè)環(huán)節(jié)。但現(xiàn)在眾多的芯片企業(yè),,均只負(fù)責(zé)中間的一個(gè)環(huán)節(jié),,大家分工合作。

比如蘋(píng)果設(shè)計(jì)芯片,,臺(tái)積電制造芯片,,長(zhǎng)電科技封測(cè)芯片,大家分工合作,。

由于是分工合作的,,所以廠商們競(jìng)爭(zhēng)就非常激烈,誰(shuí)的技術(shù)最牛,,誰(shuí)的訂單就不斷,。

比如制造方面,臺(tái)積電最牛,,所以它一家就拿下了全球55%+的代工訂單,。

而在封測(cè)上面,臺(tái)灣省的日月光最牛,,所以它全球第一家,,一家就拿下了全球30%左右的封測(cè)訂單,關(guān)鍵是日月光的很多技術(shù)非常領(lǐng)先,。

不過(guò)好在,,中國(guó)大陸的封測(cè)企業(yè),也是相當(dāng)爭(zhēng)氣的,。全球Top10的封測(cè)企業(yè)中,,中國(guó)有3家上榜,分別是長(zhǎng)電科技,,通富微電,、華天科技,,分別位列全球第3、5,、6名。

從技術(shù)上來(lái)看,,大家相差不是特別遠(yuǎn),,去年的時(shí)候,三家廠商就表示,,已經(jīng)能夠封測(cè)5nm的芯片,,與全球頂尖水平基本一致。

而近日,,長(zhǎng)電科技在自己的官微上發(fā)文表示,,公司在先進(jìn)封測(cè)技術(shù)領(lǐng)域又取得新的突破,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)4納米(nm)工藝制程手機(jī)芯片的封裝,,以及CPU,、GPU和射頻芯片的集成封裝。

目前三星表示已經(jīng)量產(chǎn)3nm芯片,,但3nm芯片還沒(méi)有真正的亮相,。所以4nm芯片就是最先進(jìn)的硅節(jié)點(diǎn)技術(shù),而手機(jī)芯片又是4nm芯片中最具代表性的,,比如高通驍龍8+,、天璣9000等,都是4nm工藝,。

所以長(zhǎng)電科技表示能夠封測(cè)4nm手機(jī)芯片,,也就意味著其封測(cè)技術(shù)達(dá)到了最頂尖的水平了?

當(dāng)然,封測(cè)達(dá)到4nm,,大家也不必太高興,,畢竟封測(cè)是這三個(gè)環(huán)節(jié)中門(mén)檻最低的,又不是制造達(dá)到了4nm,,如果制造達(dá)到了4nm,,那就是真的牛了。

臺(tái)積電憑借其先進(jìn)制程的技術(shù)優(yōu)勢(shì),,穩(wěn)坐晶圓代工市場(chǎng)的頭把交椅,,而三星作為追隨者這么多年來(lái)一直在尋找趕超臺(tái)積電的機(jī)會(huì)??上亲罱鼛状に嚨膯?wèn)題太多,,導(dǎo)致高通都轉(zhuǎn)投臺(tái)積電,三星自然不會(huì)善罷甘休,。

據(jù)外媒報(bào)道,,三星現(xiàn)在正向晶圓代工先進(jìn)制程發(fā)起沖鋒,,繼在 6 月底宣布 3nm 領(lǐng)先業(yè)界量產(chǎn)后,其4nm 的良品率也已經(jīng)有了顯著提升,,并且正在準(zhǔn)備擴(kuò)大其產(chǎn)能,,預(yù)計(jì)到今年第四季度每月將會(huì)新增 2 萬(wàn)片產(chǎn)能,準(zhǔn)備在 4nm 制程上上豪擲約 50000 億韓元(約 258 億元人民幣)的投資,,以此希望能夠從臺(tái)積電手上搶下更多高通,、AMD、英偉達(dá)等大廠的晶圓代工訂單,。

業(yè)界指出,,三星晶圓代工產(chǎn)能過(guò)往約六成提供自家芯片生產(chǎn),其余承接委外訂單,,今年積極擴(kuò)產(chǎn),,并擴(kuò)大承接晶圓代工訂單,將自家芯片產(chǎn)能占比降至五成,。研究機(jī)構(gòu)估計(jì),,三星在先進(jìn)制程產(chǎn)能規(guī)模上仍?xún)H約臺(tái)積電五分之一。

早在6月份,,三星電子就已經(jīng)正式官宣,,已于韓國(guó)的華城工廠大規(guī)模開(kāi)始量產(chǎn)3nm芯片,與前幾代使用的FinFET的芯片不同,,三星使用了GAA晶體管架構(gòu),,能極大改善芯片的功率以及效率。

與之前的5nm相比,,新一代的3nm制程工藝降低了45%的功耗,,并且性能提升23%的同時(shí)減少16%的面積。三星還宣稱(chēng),,第二代的3nmGAA制造工藝也尚在研發(fā)中,,下一代工藝將使芯片的功耗降低50%,性能提升30%并減少35%的面積,。三星電子表示,,其GAA晶體管芯片將會(huì)應(yīng)用于高性能、低功耗的計(jì)算領(lǐng)域,,并計(jì)劃拓展到移動(dòng)處理器,。

三星電子的3nm芯片采用了GAA架構(gòu)通過(guò)降低電源電壓和增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流的能力來(lái)有效提升功率。此外,,三星還在高性能智能手機(jī)處理器的半導(dǎo)體芯片中也應(yīng)用過(guò)納米片晶體管,,與納米線技術(shù)相比,前者擁有更寬的通道,以及具備更高的性能和效率,。三星的客戶(hù)可通過(guò)調(diào)整納米片的寬度,,來(lái)定制自己需要的功耗和性能指標(biāo)。

最直觀的就是在5nm工藝時(shí),,采用三星5nm工藝制程打造的驍龍8早早地就翻了車(chē),,迫使高通不得不將之后的訂單悉數(shù)交給臺(tái)積電,而由臺(tái)積電代工的驍龍8+在性能功耗等各個(gè)方面都遠(yuǎn)超三星5nm工藝的驍龍8,。這主要是因?yàn)槿堑?nm工藝對(duì)比臺(tái)積電的5nm工藝在晶體管密度這塊就相差了35%,。因此,就連英偉達(dá)就宣布下一代40系顯卡將采用臺(tái)積電的N4工藝打造,,不帶三星玩了。

有消息稱(chēng),,三星旗下的Exynos 2300處理器可能會(huì)使用3nm工藝制造,,并在明年的Galaxy S23系列上搭載。但也有消息稱(chēng),,由于三星Exynos 處理器的表現(xiàn)未達(dá)預(yù)期,,Galaxy S23系列極有能全部采用高通的解決方案。此外,,谷歌第三代Tensor芯片也可能采用三星3nm工藝,,并在Pixel 8系列上搭載。高通在即將發(fā)布的驍龍 8 Gen2上選擇了臺(tái)積電的4nm工藝,,可能是真的被三星的5nm工藝坑怕了吧,。

此次三星豪擲重金,不知能否在4nm制程工藝上成功搶單臺(tái)積電,,看來(lái)半導(dǎo)體行業(yè)又將風(fēng)起云涌了,。



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