高通舉辦了一場(chǎng)線上溝通會(huì)，帶來了最新一代的 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。
最近這幾年一路過來，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 萬個(gè)晶體管，而 5nm 晶體管密度是它的 1.83 倍，也就是說每平方毫米生產(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)度來看，臺(tái)積電 5nm 上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)問題不大，下半年我們就能見到搭載 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，三星 5nm 工藝，已經(jīng)可以超過臺(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，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，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。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 5000 分。
不久前也在微博上曝光稱，蘋果 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)品來說，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，來自供應(yīng)鏈的消息稱，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，臺(tái)積電的首批 5nm 客戶主要是蘋果，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)，未來還將向 3nm、2nm 邁進(jìn)。按照最樂觀的估計(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，摩爾定律依然有效，它沒消亡也沒有減緩。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，如果未來兩年能量產(chǎn)的話，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，都沒有在工藝制程的進(jìn)化升級(jí)上停下腳步。至少目前來看，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，也宣布未來十年將在晶圓制造上 1160 億美元。
這也就意味著未來先進(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，中芯國際(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。