最新的手機(jī)芯片工藝制程已經(jīng)來到了5納米,最火的是驍龍888
我們都知道,作為全球幾乎人手一部的智能手機(jī)已經(jīng)成為最新微科技的代表,小小的手機(jī)內(nèi)部集成了目前工藝最先進(jìn)的芯片。最新的手機(jī)芯片工藝制程已經(jīng)來到了5納米,華為麒麟9000晶體管數(shù)量達(dá)到了153億,蘋果A14的晶體管數(shù)量是114億。而最火的驍龍888
高通官方雖然沒有公布具體的晶體管數(shù)量,但也達(dá)到了百億以上再創(chuàng)新高。由于芯片工藝制程提升的難度之大,不出意外的話,5納米的壽命大概還會維持2-3年。然而令人沒想到的是
就在近日,IBM卻突然放出大招,宣布已成功研制出全球首款采用2納米 (nm)規(guī)格的芯片,IBM官方表示,相比7納米工藝來說,IBM的2納米芯片的性能提升了45%,能耗降低了驚人的75%??赡苣氵€無法感知2納米芯片到底有多牛,首先對比晶體管的數(shù)量
上面小智給出了目前主流5納米芯片的晶體管數(shù)量大概都在百億之上,而IBM的2納米芯片晶體管數(shù)量高達(dá)500億,在小指甲蓋一樣小的面積里放下數(shù)量如此巨大的晶體管,令人嘆為觀止
不僅如此,工藝制程提升帶來的性能增強(qiáng)和功耗極具下降,簡單來說,2納米芯片在采用5納米同樣性能的情況下,續(xù)航時間延長不止一倍。按照IBM官方的說法,搭載它們2納米芯片的手機(jī),可在同樣電池容量的情況下充一次電能能讓續(xù)航時間達(dá)到驚人的4天!
它還能讓手機(jī),PC,其它智能設(shè)備變得更加小巧輕薄,體驗(yàn)卻絲毫沒有下降反而在應(yīng)用程序處理速度,語言翻譯輔助功能,互聯(lián)網(wǎng)訪問速度等方面有質(zhì)的提升。不過大家先別高興
繼今年6月首度公布2納米制程路線圖后,備受關(guān)注的芯片制造巨頭臺積電的高端制程量產(chǎn)推進(jìn)時間表也于近日敲定。公開報道指出,臺積電先進(jìn)制程目前進(jìn)展順利,3納米將于今年下半年量產(chǎn),升級版的3納米制程將于2023年量產(chǎn),2納米則預(yù)計于2025年量產(chǎn)。
作為全球最先進(jìn)的芯片制程,臺積電2納米首次采用全新架構(gòu)。據(jù)臺積電總裁魏哲家在此前的技術(shù)論壇上透露,相較3納米制程,采用新架構(gòu)的2納米制程芯片在相同功耗下頻率可提升10%至15%,在相同頻率下功耗能降低25%至30%。值得注意的是,2納米將是臺積電工藝制程方面的一個轉(zhuǎn)型節(jié)點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的架構(gòu)工藝已經(jīng)接近效能極限,臺積電最大的對手三星、英特爾已經(jīng)在3納米上使用最新工藝架構(gòu),但或是出于保守考慮,臺積電3納米仍然沿用了傳統(tǒng)架構(gòu)工藝,這使得業(yè)內(nèi)對臺積電3納米芯片的性能產(chǎn)生了頗多質(zhì)疑。
而隨著最新制程的時間表陸續(xù)敲定,業(yè)內(nèi)認(rèn)為,臺積電將進(jìn)一步拉開與三星、英特爾的差距。CHIP全球測試中心中國實(shí)驗(yàn)室主任羅國昭向《中國經(jīng)營報》記者表示,臺積電在2納米制程上的轉(zhuǎn)型發(fā)力如果成功,會將此前在頭部客戶積累上的優(yōu)勢進(jìn)一步放大,這也意味著全球芯片制造市場的馬太效應(yīng)或?qū)⑦M(jìn)一步加劇。雖然新架構(gòu)的市場前景未明,但放棄傳統(tǒng)架構(gòu),對執(zhí)行業(yè)牛耳的臺積電而言,或許只是遲早的事情,尤其是在三星、英特爾的步步進(jìn)逼之下,舊架構(gòu)的短板尤為凸顯。
長久以來,芯片制造廠商在先進(jìn)制程方面都采用了鰭式場效電晶體(FinFET)架構(gòu),尤其是在臺積電內(nèi)部,F(xiàn)inFET的技術(shù)積累尤為成熟,這也助其持續(xù)在先進(jìn)制程的研發(fā)上保持領(lǐng)先。但隨著芯片進(jìn)入5納米范圍以下,F(xiàn)inFET的弊端也開始顯現(xiàn)。一位國內(nèi)存儲芯片廠商的技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴記者,集成電路工作通電時內(nèi)部晶體管會存在漏電效應(yīng)?!皞鹘y(tǒng)上可以通過控制晶體管的間距降低這種影響,但當(dāng)制程低到一個極限時,漏電的影響無可避免?!痹撠?fù)責(zé)人表示。
而在業(yè)內(nèi)這個極限節(jié)點(diǎn)普遍被認(rèn)為是3納米,雖然臺積電宣稱通過技術(shù)改進(jìn)很好地解決了漏電問題,但意圖趕超臺積電的三星已搶先做出改變,使用了新的全柵場效應(yīng)晶體(GAAFET)結(jié)構(gòu),并宣布在2022年推出3納米GAA(全環(huán)繞柵極晶體管)的早期版本,而其“性能版本”將在2023年出貨?!靶录軜?gòu)還不算很成熟,臺積電歷來是穩(wěn)扎穩(wěn)打的風(fēng)格,在3納米策略上應(yīng)該還是不想太冒進(jìn)。但三星不一樣,他們在5納米上已經(jīng)極大落后于臺積電,想要趕超也只能放手一搏?!卑雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)分析師季維告訴記者。
季維表示,其實(shí)臺積電一直在進(jìn)行GAAFET的研發(fā),并預(yù)備在2納米上再從FinFET切換到GAAFET,這樣在成本過渡上會更為合理,而在3納米方面臺積電也升級了相應(yīng)的FinFET架構(gòu),依然保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。值得注意的是,三星也的確為激進(jìn)的制程策略付出了代價。由于新架構(gòu)的良率出現(xiàn)問題,三星2021年中期宣布原本計劃于2022年投產(chǎn)的3納米芯片延期一年至2023年,與臺積電幾乎一致。因此,從結(jié)果而論,三星的搶跑計劃并沒有成功實(shí)現(xiàn)。羅國昭認(rèn)為,對手握蘋果等眾多一線廠商訂單的臺積電來說,產(chǎn)線和出貨穩(wěn)定性的優(yōu)先級是高于技術(shù)創(chuàng)新的。這種穩(wěn)定性也意味著,只有達(dá)到十足的把握,臺積電才會在2納米上采用新架構(gòu)。
美國于近日確立了促進(jìn)國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)的法案“CHIPS and Science Act(CHIPS法案)”,但三星電子(Samsung Electronics)、SK海力士(SK Hynix)等韓國半導(dǎo)體廠家是否接受美國政府的資金援助,還是未知數(shù)。
此外,日本政府為新設(shè)半導(dǎo)體工廠的企業(yè),提供補(bǔ)助金,這筆補(bǔ)助金被用在了臺灣TSMC的熊本工廠、鎧俠(原東芝存儲半導(dǎo)體)&美國西部數(shù)據(jù)(以下簡稱為“WD”)的四日市工廠。但是,即使以上企業(yè)獲得了日本政府的資金補(bǔ)助,日本的半導(dǎo)體全球市占率也不會有所提高。
另外,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省曾發(fā)布新聞稱,在2024年之前日本和美國合作研發(fā)2納米邏輯半導(dǎo)體,并計劃在日本量產(chǎn)。而筆者認(rèn)為,這是完全不可能的,簡直是天大的笑話!
筆者將在下文中詳細(xì)分析以上問題。下文為筆者最初的感想。
對于美國的“以本國利益為中心的政策”,可能會引起其他國家半導(dǎo)體背離美國。(或許美國是為了把補(bǔ)助金僅支援給英特爾等美國本土半導(dǎo)體廠家。)
同時,即使日本的“不諳世事”的“職業(yè)官僚們”確立強(qiáng)化半導(dǎo)體生產(chǎn)的方案,也不會有任何效果。此外,甚至日本政府還提出了“日本要在2025年開始量產(chǎn)2納米”等極具搞笑意義的方案,筆者認(rèn)為這是非?;摹U媸且粯妒澜缂壍某舐?,筆者真心希望不要確立以上法案。
為了強(qiáng)化美國本土的半導(dǎo)體生產(chǎn),2022年8月9日,美國總統(tǒng)拜登簽署“CHIPS法案”,該法案正式生效。美國試圖通過此法案強(qiáng)化美國半導(dǎo)體生產(chǎn)。在美國設(shè)有半導(dǎo)體工廠和研發(fā)(R&D)中心的TSMC、三星電子、SK海力士到底是不是應(yīng)該接受美國政府的援助呢?
該“CHIPS法案”指出,投資共527億美元(約人民幣3636億元)用于美國的半導(dǎo)體生產(chǎn)和研究開發(fā),明細(xì)如下,投資約390億美元(約人民幣2691億元)用于吸引外資赴美建半導(dǎo)體工廠(其中20億美元用于支援車載、國防系統(tǒng)等方向的傳統(tǒng)型半導(dǎo)體生產(chǎn)),132億美元(約人民幣910億元)用于研究開發(fā)和培養(yǎng)人才,5億美元(約人民幣35億元)用于國際信息通信技術(shù)安防和半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。