高通舉辦了一場(chǎng)線上溝通會(huì)，帶來(lái)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(gè)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(guò)來(lái)，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(huì)有采用 5nm 芯片的產(chǎn)品批量上市。
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(tái)積電和三星是最有資格的選手。
臺(tái)積電：上半年量產(chǎn)
根據(jù)臺(tái)積電公布的信息，今年上半年就能量產(chǎn) 5nmEUV 工藝，并且下半年產(chǎn)能將提升到每個(gè)月 7-8 萬(wàn)片晶圓。
臺(tái)積電去年年底發(fā)布的論文數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)積電 7nm 工藝每平方毫米可生產(chǎn)大約 9627 萬(wàn)個(gè)晶體管，而 5nm 晶體管密度是它的 1.83 倍，也就是說(shuō)每平方毫米生產(chǎn)的晶體管能達(dá)到 1.77 億個(gè)。此外，相比 7nm，臺(tái)積電 5nmEUV 能效提升 15%，功耗減少 30%，測(cè)試芯片目前的平均良率是 80%、峰值良率為 90%。知名科技媒體 AnandTech 在一篇分析文章中指出，目前參與測(cè)試的芯片構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，真正投產(chǎn)的芯片會(huì)更復(fù)雜，良率也會(huì)降低。
當(dāng)然，從現(xiàn)在的進(jìn)度來(lái)看，臺(tái)積電 5nm 上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)問(wèn)題不大，下半年我們就能見(jiàn)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(tái)積電一步，不管是高通驍龍 855、驍龍 865，還是蘋(píng)果(AAPL.US)的 A12、A13，以及華為的麒麟 980、麒麟 990，都采用了臺(tái)積電的 7nm。
而三星的首款 7nm 芯片為自家的 Exynos9825，發(fā)布于去年 8 月份，最新的 Exynos990 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(cái)報(bào)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 7nmLPP 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%。
在 7nm 制程上，臺(tái)積電仍然保持領(lǐng)先，有望獲得各大芯片廠商的訂單。不過(guò)，三星 5nm 工藝，已經(jīng)可以超過(guò)臺(tái)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(huì)少。
首批 5nm 誰(shuí)先吃上?
在發(fā)布的驍龍 X60 是目前最先公布的采用 5nm 工藝的芯片，不過(guò)，按照高通公布的計(jì)劃，它真正用在消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品上并大量出貨，還要等到明年年初。產(chǎn)品層面來(lái)看，驍龍 X60 是驍龍 X55 的升級(jí)版，也是高通目前推出的第三代 5G 解決方案。
據(jù)報(bào)道，三星已經(jīng)拿下了驍龍 X605nm 訂單，負(fù)責(zé)這款 5G 芯片的生產(chǎn)。不過(guò)，后續(xù)臺(tái)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(píng)果今年的 A14 處理器，已經(jīng)基本可以確定會(huì)采用臺(tái)積電的 5nm 工藝，并且成為臺(tái)積電的最大客戶(hù)。關(guān)于 A14，目前我們能得到的信息還相當(dāng)少。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(gè)，在 GeekBench 中的多核跑分或許能達(dá)到 4500 分，甚至可能超過(guò) 5000 分。
不久前也在微博上曝光稱(chēng)，蘋(píng)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 iPadPro2020，采用的芯片估計(jì)是 A13X，GPU 性能大幅提升。但作為平板產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，對(duì)芯片功耗的敏感度相對(duì)會(huì)更低些，A13X 估計(jì)還是和 A13 一樣采用臺(tái)積電的 7nm 工藝。
除了蘋(píng)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、AMDZen3 處理器等。另外，來(lái)自供應(yīng)鏈的消息稱(chēng)，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(jì)為 AI 芯片產(chǎn)品。
有消息稱(chēng)，臺(tái)積電的首批 5nm 客戶(hù)主要是蘋(píng)果，其次是華為，真正在消費(fèi)級(jí)芯片上普及估計(jì)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(huì)成為它們的一個(gè)重要賣(mài)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(gè)月便增加一倍。過(guò)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(shí)代后，移動(dòng)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(tái)積電公布的規(guī)劃，5nm 遠(yuǎn)非終點(diǎn)，未來(lái)還將向 3nm、2nm 邁進(jìn)。按照最樂(lè)觀的估計(jì)，臺(tái)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(shí)間。
去年的 Hotchips 國(guó)際大會(huì)上，臺(tái)積電研發(fā)負(fù)責(zé)人黃漢森在演講報(bào)告中稱(chēng)，摩爾定律依然有效，它沒(méi)消亡也沒(méi)有減緩。他甚至表示，2050 年，晶體管尺寸會(huì)縮小到 0.1nm。從三星公布的路線圖來(lái)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(gè)發(fā)力的重點(diǎn)目標(biāo)是 3nmGAA 工藝，如果未來(lái)兩年能量產(chǎn)的話(huà)，將實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)積電的反超。
不管是臺(tái)積電還是三星，都沒(méi)有在工藝制程的進(jìn)化升級(jí)上停下腳步。至少目前來(lái)看，距離摩爾定律真正失效，還有很長(zhǎng)的時(shí)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(wèn)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(jí)別的晶圓廠需要百億級(jí)美元的投入。
最近，臺(tái)積電在一場(chǎng)媒體溝通會(huì)上宣布，2020 年的開(kāi)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(lái)十年將在晶圓制造上 1160 億美元。
這也就意味著未來(lái)先進(jìn)制程的芯片制造成本可能會(huì)更加高，能用得起的芯片廠商可能只有蘋(píng)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(duì)的技術(shù)和資金壁壘，將會(huì)更加高。
同樣的，在晶圓制造上，臺(tái)積電三星已經(jīng)占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，其他廠商追趕的難度變得相當(dāng)大。不過(guò)，中芯國(guó)際(00981)在工藝制程上的進(jìn)度已經(jīng)非常快，去年三季度實(shí)現(xiàn)了 14nm 的量產(chǎn)，比計(jì)劃提前了一年，同時(shí) 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(shì)下，我們依然有最基本的芯片制造能力。