《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題,。但是,如果企業(yè)出現(xiàn)了類似的謊報(bào)行為,,則可視為虛假廣告,,是在欺騙用戶。據(jù)芯智訊收到的一份據(jù)稱半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)TechInsights的報(bào)告(我們沒有購買TechInsights的會(huì)員,,因此無法進(jìn)一步查證),,現(xiàn)在的半導(dǎo)體市場就出現(xiàn)了這種“謊報(bào)”的行為,兩家領(lǐng)先的代工廠都放任客戶聲稱他們采用了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,,這個(gè)問題最初始于三星,。

在與臺(tái)積電下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的長期競爭中,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N4(4nm)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度“拉快”兩個(gè)季度,以恰巧趕上競爭對(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)積電聲稱的4nm產(chǎn)品是虛假的,正如聯(lián)發(fā)科技聲稱擁有4nm處理器一樣,。與此同時(shí),,三星的智能手機(jī)部門正準(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)?,三星在將?LPE工藝投入生產(chǎn)方面過于冒進(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)公開的臺(tái)積電N4P工藝產(chǎn)品,,預(yù)計(jì)蘋果A16也將會(huì)使用N4P代工,。這兩種芯片都已經(jīng)投產(chǎn),蘋果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)給蘋果一到兩個(gè)季度的獨(dú)家使用權(quán)來使用其最新的制造技術(shù),??吹礁咄ǔ霈F(xiàn)在首批客戶名單上令人驚訝,尤其是考慮到其基于驍龍的智能手機(jī)與蘋果的iPhones直接全面競爭,。

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。

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,。

比如蘋果設(shè)計(jì)芯片,臺(tái)積電制造芯片,,長電科技封測芯片,,大家分工合作。

由于是分工合作的,,所以廠商們競爭就非常激烈,誰的技術(shù)最牛,,誰的訂單就不斷,。

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%左右的封測訂單,關(guān)鍵是日月光的很多技術(shù)非常領(lǐng)先,。

不過好在,,中國大陸的封測企業(yè),也是相當(dāng)爭氣的,。全球Top10的封測企業(yè)中,,中國有3家上榜,分別是長電科技,,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5nm的芯片,,與全球頂尖水平基本一致,。

而近日,長電科技在自己的官微上發(fā)文表示,,公司在先進(jìn)封測技術(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。

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

當(dāng)然,,封測達(dá)到4nm,大家也不必太高興,,畢竟封測是這三個(gè)環(huán)節(jié)中門檻最低的,,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,穩(wěn)坐晶圓代工市場的頭把交椅,,而三星作為追隨者這么多年來一直在尋找趕超臺(tái)積電的機(jī)會(huì),。可惜三星最近幾代工藝的問題太多,,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)模上仍僅約臺(tái)積電五分之一,。

早在6月份,三星電子就已經(jīng)正式官宣,,已于韓國的華城工廠大規(guī)模開始量產(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,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)通過降低電源電壓和增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流的能力來有效提升功率。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,。三星的客戶可通過調(diào)整納米片的寬度,,來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,,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,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,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,看來半導(dǎo)體行業(yè)又將風(fēng)起云涌了,。



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