日前,中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長魏少軍最近的一次演講中,疑似公開了華爲 Mate60 芯片的制程工藝。在這次演講中,PPT 中有提到 " 要着力創新技術,降低對工藝技術進步和 EDA 工具的依賴 ",和 " 能夠用 14nm,甚至 28nm 做成 7nm 的産品性能才是真正的高手 ",并以華爲 Mate60 以及長江存儲的 3D-Nand 存儲器作爲例子。
這透露的信息,暗示了華爲 Mate60 系列采用的是 14nm 或者 28nm 的制程做到了 7nm 的産能性能。但來自 TechInsights 機構對麒麟 9000s 的芯片分析結果表示,麒麟 9000s 具有 7nm 的特性,也驗證了上述用 14nm、28nm 做出 7nm 性能的說法。
這背後或許能讓我們思考一個話題,所謂 3nm、5nm 可能與我們想象中的不一樣。
3nm 芯片真的是 3nm 嗎?
近年來,事實上關于芯片工藝制程 3nm、5nm 一直被質疑。要弄清這個問題,你得先知道什麽是制程。
芯片上擁有數量龐大的晶體管,而制程就是晶體管源極和漏極之間的溝道長度。晶體管内部的電流從起點(源極)流向終點(漏極)要經過一道閘門,這個閘門的寬度(栅長)就是芯片的納米單位。也就是我們說的幾納米。這些數字,原本是指芯片晶體管栅極長度的大小。
随着技術的成熟,晶體管尺寸的減小,性能随之提高、功耗降低以及發熱量的降低。簡言之,較小的晶體管比較大的晶體管更好,并且制造商之間的工藝節點代際改進是相似的。
然而,在過去的幾十年裏,随着集成電路設計(從平面晶體管到各種類型的 3D 晶體管)和制造工藝的各種專有改進,僅根據晶體管尺寸來衡量性能增益變得更加複雜。
在 28nm 以下,由于采用 finfet 這些新的技術,這些數字和實際的節點和栅極長度,以及半節距就匹配不上了。所以,現在的 7nm,5nm,早已不是原來指的栅極長度。因此,3nm 工藝芯片本質上已經成爲一個營銷術語,與晶體管的尺寸沒有直接關系了。
由同一制造商制造的兩代工藝節點(例如 5nm 和 3nm)的芯片不一定對應于流程節點名稱。假如某家 5nm 的制程實際尺寸是 20nm,那麽它把它家 8nm 尺寸的制程标爲 2nm,其實也是沒有問題的。
因爲已經不是同一套标準了,你家是這樣的 3nm,他家是這樣的 3nm,其中的水分越來越大。哪怕 16nm 制程,都沒有真的達到 16nm 尺寸。這早就已經是公開的事實。
在今年年初,财經自媒體劉一手看财經的某個觀點或許代表了部分人的質疑,他指出,芯片先進制程已經到頭了,矽基 5nm 左右再往上沒有了,3nm、1nm 都是吹水,其實全是 14nm++。大部分廠商卡 14nm 往上,台積電除外,但也沒有宣稱的厲害。
他表示,我們很難僅憑表面的制程工藝數字來判定它們的真實水平,若将它們放回自己的産品發展體系中進行縱向對比,如台積電 16 納米、10 納米和 7 納米工藝,的确又能看到制程叠代的進步,隻不過拿其它廠商的制程工藝進行橫向比較時,才能發現其中的端倪。
根據實驗數據報告,電子顯微鏡下,Intel 14nm+++ 工藝的酷睿 i9-10900K 和台積電 7nm 的 AMD 銳龍 9 3950X 處理器對,而且選取的是各自 L2 緩存部分,這往往是工藝水準的集中體現,報告結果是看起來差不多。14+++ 約等于 7nm。
5nm 相對 7nm 有沒有進步?肯定有,但是進步沒有那麽大,或許隻是微弱的性能差異。但是從數字來看,容易給人産生代際差的誤導。
事實上,台積電的 Philip Wong 曾在 Hot Chips 31 主旨演講中也透露了這個問題:" 它過去是技術節點,節點編号,意味着一些東西,晶圓上的一些功能。" 但是:" 今天,這些數字隻是數字。它們就像汽車模型——就像寶馬 5 系或馬自達 6。數字是什麽并不重要,它隻是下一項技術的目的地,它的名稱。"
事實上,從台積電高管的話裏可以知道,我們所理解的 3nm,其實與他們做出來的 3nm 已經不是同一個概念了,更多是一個叠代的節點數字,與實際工藝技術存在差距。比如說寶馬 7 系的車速、性能也不是寶馬 3 系的兩倍,先進制程的所謂 5nm, 3nm 确實沒有實際物理意義了,隻是一種型号的代号。
因此,我們過去很長一段時間把節點的名稱與技術實際提供的相混淆了,這個隻是一代工藝代号而已。
拆掉思維的牆,會更有利于我們追趕
這也是爲什麽 iPhone15 采用了 3nm 工藝的 A17 的芯片,按照大家對 3nm 的理解那應該手機在流暢和功耗上表現遠超其它手機吧,但事實上,我們從消費者實際體驗中反饋出來的并未如此。
畢竟,按照叠代工藝的理解,3nm 與 7nm 有巨大差别,廠商也号稱在性能與功耗層面有巨大提升,但實際情況并非如此。今年的 iPhone15 表現很一般,而它的功耗存在較大問題,發熱問題嚴重,在 10 月初,Phone15 Pro 發熱上了熱搜,引發了外媒的廣泛讨論,蘋果後來也正式承認新發布的全部四款 iPhone15 手機異常發熱。
iPhone15 系列采用了 3nm 的芯片,并不是功耗降低了,減少發熱,而是發熱反而比前代更突出,并沒有給用戶帶來很好的體驗和感受。事實上,從産品體驗與口碑來看,iPhone15 的體驗口碑并沒有因爲 3nm 獲得了加持,大家在感知層面也并不明顯。
其實我們從中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長魏少軍的演講來看,Mate60 系列疑似能夠用 14nm 甚至 28nm 做成 7nm 的産品。而從各種業内評測來看,它在性能、流暢度以及功耗上已經做到非常好了,跑分也非常強勢,能夠輕松應對多任務處理、高負荷遊戲等各種挑戰。
這其實也恰恰驗證了,7nm 其實已經非常優秀,但 3nm 或 5nm 或與我們想象中的 3nm、5nm 不一樣,在産品上其實沒有給用戶帶來明顯跨越性的體驗價值和感受。其實數字具有蒙蔽的效果,讓人望而卻步。
我們知道,最先進制程芯片的量産是一項系統工程,需要産業鏈上下遊、特别是上遊的設備、材料、IP 等技術廠商的共同進步叠代,才能應對如此高精尖的芯片制造要求,所有這些形成合力,才能制造出高晶體管密度、高性能、低功耗的先進制程芯片。
因此,所有高級工藝都很燒錢,但是,并非所有芯片都需要 5nm、3nm 等高級工藝,也并非能這麽快的叠代到我們所理解的 3nm 與 2nm,今天的 3nm、2nm,或許更多是一種用來說服消費者爲新品買單的營銷手段。
從目前來看,所謂 3nm、5nm 或是一個真實的謊言,差距也沒有我們想象中的那麽大,這其實恰恰能夠讓我們有更大的信心去追趕最先進的制程工藝。
因此,破除 3nm、5nm 的規格的數字遊戲,才能從心理上打破固有認知,并拆掉思維的牆,通過創新的思路與實現方式來達成産品的追趕,這樣,或許才能更早的看到曙光。