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2021下半年投產(chǎn)，將是運用EUV設(shè)備的5nm制程產(chǎn)線,。
本周,，韓國媒體ZDNetKorea報道稱，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)手機調(diào)制解調(diào)器（基帶）芯片。
報道指出,，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處理器驍龍875,。作為高通主要面向明年安卓旗艦機型推出的處理器產(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)外媒報道,，谷歌自研的SoC已經(jīng)流片，將有望在Pixel系列手機上使用,。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個客戶在排隊等候臺積電的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,，將用于下個月發(fā)布的Mate40手機,?？紤]到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高達(dá)103億個晶體管，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鐘速率外，蘋果還在架構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn),，預(yù)計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),。首先是因為制程工藝的升級,，晶體管密度能夠大幅提升，蘋果或許會增加第三個大核,，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)布時間將會在2021年或者2022年初,。Zen 4對AMD來說至關(guān)重要，因為代號為“熱那亞”的數(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制程上通過驗證,，計劃和IC設(shè)計客戶繼續(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、數(shù)據(jù)中心,、人工智能訓(xùn)練等上百種產(chǎn)品上,。在這個平臺上，還有一個比較新,，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),。通過這項技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片之間更緊密的連接,。
與此同時,，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，在接下來的一年時間內(nèi),，預(yù)估對相應(yīng)產(chǎn)能的爭奪將趨于白熱化,。