進(jìn)入2020年第三季度,，臺積電5nm芯片開始大規(guī)模量產(chǎn),，該產(chǎn)能也成為了眾IC設(shè)計(jì)大廠爭奪的目標(biāo)。據(jù)悉,，高通,、AMD、聯(lián)發(fā)科,、NXP等客戶紛紛加速轉(zhuǎn)向5nm制程工藝,，而且，后續(xù)5nm訂單還在不斷涌入臺積電,，因此,，該公司還在不斷擴(kuò)充5nm產(chǎn)能，目前的產(chǎn)能是6萬片晶圓/月,，南科工業(yè)園的Fab 18工廠P3工程將于今年第四季度量產(chǎn),，明年第二季度P4工程還會進(jìn)一步增加約1.7萬片晶圓/月。據(jù)悉,，隨著這些工廠的擴(kuò)產(chǎn),，臺積電的5nm產(chǎn)能將從目前的6萬片晶圓/月，提升到接近11萬片/月,。
而作為臺積電唯一的對手,，三星的5nm量產(chǎn)步伐有些滯后。為了加快追趕的腳步,，三星今年在5nm產(chǎn)能建設(shè)方面又有新動作,。今年2月，三星宣布華城廠的7nm產(chǎn)線開始量產(chǎn),，且同樣在該廠的5nm產(chǎn)線預(yù)計(jì)今年下半年投產(chǎn),。
就在臺積電宣布投資120億美元赴美設(shè)廠后不久，5月21日,，三星宣布位于首爾近郊京畿道平澤市的全新12吋晶圓廠已經(jīng)動工,，預(yù)計(jì)2021下半年投產(chǎn)，將是運(yùn)用EUV設(shè)備的5nm制程產(chǎn)線,。
本周,，韓國媒體ZDNetKorea報(bào)道稱,，三星電子今年底將開始量產(chǎn)采用5nm制程的新一代手機(jī)應(yīng)用處理器（AP）產(chǎn)品，除了用5nm制程制造應(yīng)用處理器外,，三星電子也將采用5nm制程量產(chǎn)手機(jī)調(diào)制解調(diào)器（基帶）芯片。
報(bào)道指出,，三星電子將用5nm制程量產(chǎn)高通的驍龍875,，以及5G基帶芯片驍龍X60，另外,，還有三星自家的處理器Exynos 1000等產(chǎn)品,。如果三星電子能按計(jì)劃從今年下半年開始大規(guī)模生產(chǎn)5nm制程芯片，將可以進(jìn)一步縮小與臺積電的技術(shù)差距,。
你爭我奪
實(shí)際上,，高通的先進(jìn)制程芯片一直在臺積電和三星這兩家產(chǎn)線之間擇優(yōu)選用，以驍龍875和 驍龍X60為例,，今年早些時(shí)候有消息顯示,，高通的5G芯片訂單，特別是基帶芯片X60,，除了由臺積電代工之外,，還有一部分交由三星生產(chǎn)。
按照慣例,，高通將會在今年12月發(fā)布旗下最新的旗艦手機(jī)處理器驍龍875,。作為高通主要面向明年安卓旗艦機(jī)型推出的處理器產(chǎn)品，驍龍875將會基于5nm制程工藝,。今年早些時(shí)候,，91Mobiles率先曝光了這款處理器的詳細(xì)信息。驍龍875將會和驍龍X60 5G基帶芯片,，以及新的射頻系統(tǒng)搭配,，驍龍875處理器在高通內(nèi)部的開發(fā)代號為SM8350。
爆料指出,，驍龍875處理器將會擁有基于ARM v8 Cortex架構(gòu)的Kryo 685 CPU,，但目前還不能確定驍龍875采用公版架構(gòu)還是會進(jìn)行修改；支持毫米波以及sub-6GHz 5G網(wǎng)絡(luò),；擁有Adreno 660 GPU,、Adreno 665 VPU（視頻處理單元）、Adreno 1095 DPU（分散處理單元）,、高通安全處理單元（SPU250）,、Spectra 580圖像處理引擎、驍龍傳感器核心技術(shù),、升級的Hexagon DSP,、四通道LPDDR5,、WCD9380和WCD9385音頻編解碼器。
除了高通訂單之外,，三星自家的Exynos 1000也會采用5nm制程,，據(jù)悉，該手機(jī)處理器采用了RDNA GPU技術(shù),，RDNA GPU技術(shù)是去年6月AMD授權(quán)給三星的,，用以取代現(xiàn)有的Maili GPU。
再有,，今年4月,，谷歌宣布與三星合作打造自研芯片，據(jù)外媒報(bào)道,，谷歌自研的SoC已經(jīng)流片,，將有望在Pixel系列手機(jī)上使用。這顆芯片代號叫“Whitechapel”,，搭載的是8核CPU,，采用三星5nm制程工藝。
與三星的5nm訂單相比,，臺積電豐富得多,，目前，除了華為海思之外,，約有7個(gè)客戶在排隊(duì)等候臺積電的5nm產(chǎn)能,，包括蘋果、高通,、AMD,、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科,、英特爾,、比特大陸。下面來看一下這些即將出爐的5nm芯片情況,。
首先,，海思的麒麟9000是臺積電為華為趕制的5nm芯片，將用于下個(gè)月發(fā)布的Mate40手機(jī),?？紤]到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高達(dá)103億個(gè)晶體管，麒麟9000使用5nm工藝,，其每平方毫米可能有多達(dá)1.713億個(gè)晶體管,。該芯片可能會采用Cortex A77架構(gòu)，性能表現(xiàn)上將比麒麟990系列至少快30%，同時(shí)也更加省電,。
蘋果是臺積電最大客戶,，據(jù)悉，該公司基于5nm的A14處理器,，除了擁有更多的晶體管和更高的峰值時(shí)鐘速率外,，蘋果還在架構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，預(yù)計(jì)其單核性能會提升不少,。
相較于單核性能,，A14的多核性能存在更多變數(shù)。首先是因?yàn)橹瞥坦に嚨纳?，晶體管密度能夠大幅提升，蘋果或許會增加第三個(gè)大核,，或者大幅改進(jìn)小核心的性能,，來提升多線程性能。
圖形性能上,，A13處理器相較于A12有跳躍式提升,，在3DMark Sling Shot Extreme Unlimited測試中，從A12的4000分左右直接跳到了6500分左右,。而對于A14處理器的圖形性能,，根據(jù)趨勢曲線估計(jì)會在7000分左右。但是,，MacWorld表示除非出現(xiàn)了新的性能瓶頸,，否則A14圖形性能將可能超過9500分。
MacWorld認(rèn)為,，得益于升級的5nm制程工藝,，蘋果將會增加Neural Engine內(nèi)核，并且可能進(jìn)行架構(gòu)升級,，以帶來更好的神經(jīng)引擎性能升級,。
臺積電呃另一大客戶是AMD，該公司的訂單量增速迅猛,。據(jù)悉,，AMD的Zen 4架構(gòu)CPU有望在2021年推出，將采用臺積電的5nm工藝制造,。這將是業(yè)界首個(gè)5nm制程的x86處理器,。而Zen 4架構(gòu)的EPYC霄龍?zhí)幚砥鞯陌l(fā)布時(shí)間將會在2021年或者2022年初。Zen 4對AMD來說至關(guān)重要,，因?yàn)榇枮椤盁崮莵啞钡臄?shù)據(jù)中心處理器將會采用全新的SP5接口,，新的接口將顯著改變處理器的I/O，并支持新的DDR5內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)和PCIe 5.0標(biāo)準(zhǔn)。
今年3月,，AMD公布了GPU發(fā)展路線圖,，不僅包含了去年夏天發(fā)布的Radeon RX 5700 XT RDNA，還闡述了RDNA 2和RDNA 3,。其中,，RDNA 3在功能方面能夠得到的消息還比較少，但從整體目標(biāo)來看,，AMD仍然希望能夠持續(xù)提高每瓦功率性能,，功耗仍然是GPU總體性能的瓶頸，而更先進(jìn)的制程工藝有助于提升功率效率,。鑒于即將發(fā)布的RDNA 2可能不再局限于臺積電的EUV 7nm+工藝,，那么RDNA 3可能會采用臺積電6nm或者5nm工藝。
另外,，有消息稱,，英偉達(dá)下一代Hopper GPU已經(jīng)預(yù)訂了臺積電的5nm制程。AMD積極采用7nm制程的做法使英偉達(dá)感受到了壓力,，作為應(yīng)對方案,，他們已經(jīng)為Hopper GPU預(yù)訂了臺積電2021年的5nm產(chǎn)能。
此外,，聯(lián)發(fā)科的D2000也將在第四季度開始在臺積電5nm產(chǎn)線投片,，而英特爾自研的Xe架構(gòu)GPU也很有可能于明年通過臺積電的6nm或5nm制程生產(chǎn)。
3D封裝跟進(jìn)
5nm不僅對晶圓加工設(shè)備提出了很高要求,，相應(yīng)芯片生產(chǎn)出來以后,，后續(xù)的封裝水平也必須能夠滿足越來越高的要求。因此,，無論是三星,，還是臺積電，都陸續(xù)推出了3D封裝工藝,，以應(yīng)對5nm,，以及之后的4nm、3nm客戶要求,。
近期,，三星公布了自家的3D封裝技術(shù)，名為X-Cube,，可用于7nm及5 nm制程,。據(jù)悉，“X-Cube”取自英文eXtended-Cube 的縮寫,。
X-Cube利用TSV 硅穿孔封裝,，可讓多個(gè)芯片進(jìn)行堆疊，制造出單一的邏輯芯片。三星在7nm制程的測試過程中,，成功利用TSV 技術(shù)將SRAM 堆疊在邏輯芯片頂部,，這也使得在電路板的配置上，可在更小的面積上裝載更多的存儲單元,。該3D封裝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還包含芯片間的信號傳遞距離更短,，以及將數(shù)據(jù)傳送、能量效率提升到更高水平,。
三星稱,，X-Cube可讓芯片工程師在進(jìn)行客制化解決方案的過程中，能享有更多彈性,，也更貼近他們的特殊需求,。
三星表示，X-Cube已經(jīng)在其自家的7nm和5nm制程上通過驗(yàn)證,，計(jì)劃和IC設(shè)計(jì)客戶繼續(xù)合作,，推進(jìn)3D封裝工藝在下一代高性能應(yīng)用中的部署。
臺積電方面,，幾年前就推出了2.5D封裝技術(shù)CoWoS,，之后也陸續(xù)發(fā)布了3D封裝技術(shù),。本周,，該公司推出了一種晶圓級系統(tǒng)集成平臺技術(shù)。
該技術(shù)平臺包含了CoWoS和InFo這兩種封裝技術(shù),。據(jù)悉,，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心,、人工智能訓(xùn)練等上百種產(chǎn)品上,。在這個(gè)平臺上，還有一個(gè)比較新,，更具彈性的SoIC 3D堆疊技術(shù),，如F2F、F2B,，CoW,、WoW、LoL,，以及LOM等,。在芯片制造的前道工序?qū)崿F(xiàn)。通過這項(xiàng)技術(shù),，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片之間更緊密的連接,。
與此同時(shí)，臺積電發(fā)布了全新的3D Fabric，它將SoIC,、InFO,、CoWoS等3D IC平臺整合在了一起，這是代表臺積電最先進(jìn)的系統(tǒng)級晶圓集成平臺,。這一新的命名能簡單表達(dá)制程整合的次序,。例如前道整合，分別展現(xiàn)了芯片堆疊在晶圓,、或者晶圓堆疊在晶圓上面,。
結(jié)語
5nm制程工藝量產(chǎn)已經(jīng)鋪開，隨著推進(jìn)腳步的加快,，無論是甲方,，還是乙方，在接下來的一年時(shí)間內(nèi),，預(yù)估對相應(yīng)產(chǎn)能的爭奪將趨于白熱化,。