大陸芯片行業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)都掀起建設(shè)熱潮:又一國(guó)產(chǎn)5nm芯片設(shè)備突破
眾所周知,在華為2021年財(cái)報(bào)發(fā)布會(huì)上,華為輪值董事長(zhǎng)郭平公開表示:“華為未來(lái)將推進(jìn)三個(gè)重構(gòu),用堆疊、面積換性能,用不那么先進(jìn)的工藝也可以讓華為的產(chǎn)品有競(jìng)爭(zhēng)力”。
從這句表述中,大家可以看到,華為其實(shí)想到了兩個(gè)辦法,一是用堆疊、二是用面積增大的方式,將不那么先進(jìn)的芯片,也變成有競(jìng)爭(zhēng)力,就是比肩先進(jìn)芯片。
考慮到目前大陸最先進(jìn)的工藝是14nm,而像三星等晶圓大廠,最先進(jìn)的技術(shù)已經(jīng)是4nm,甚至要進(jìn)入3nm了。
于是很多網(wǎng)友表示,用14nm的工藝的芯片,利用堆疊、面積增大的方式,不說(shuō)比肩3nm,能比肩5nm么?
事實(shí)上,堆疊、面積增大的原理是一樣的,只是堆疊是上下這種結(jié)構(gòu),而面積增大,更多指的是平鋪這種結(jié)構(gòu)。
按照中芯的工藝,14nm工藝時(shí),其晶體管密度約為30MTr/mm,也就是每平方毫米達(dá)到3000萬(wàn)個(gè)。而TSMC的工藝,在5nm時(shí)晶體管密度為173MTr/mm,每平方毫米達(dá)到1.73億個(gè)。
這樣說(shuō)起來(lái),TSMC的5nm工藝,其晶體管密度是中芯14nm的6倍左右。
芯片是由晶體管組成的,一定程度上我們可以先假設(shè)晶體管數(shù)量相同時(shí),芯片的性能相同。那么如果要達(dá)到5nm芯片同樣的性能,要使用14nm的工藝時(shí),其面積必須是5nm芯片的6倍才行,這個(gè)邏輯,應(yīng)該大家都能理解吧。
換句話來(lái)說(shuō),一塊5nm芯片,如果在14nm工藝下,理論上需要6塊同樣大小的芯片,才能夠?qū)崿F(xiàn)同等的芯片,因?yàn)橹挥羞@樣,晶體管數(shù)量才一樣多。
而這6塊同樣大小的芯片,可以是平鋪,變成了原來(lái)面積的6倍大,這就是面積換性能。也可以是6塊上下疊加在一起,變得更厚,這就是堆疊。
就像上面圖示的一樣,當(dāng)然以上只是示例,實(shí)際堆疊不一定是6層,也可以是2張一層堆3層,或者3張一層堆2層,我畫得比較簡(jiǎn)單,但原理應(yīng)該說(shuō)清楚了。
在6倍面積,或者6倍厚的體積下,確實(shí)能夠讓14nm的芯片,實(shí)現(xiàn)了5nm芯片的性能,單說(shuō)性能,這確實(shí)是可行的。但面積增大也好,體積增厚也好,帶來(lái)了兩個(gè)缺點(diǎn):
1、功耗應(yīng)該是原有芯片的6倍;
2、面積或體積是原有芯片的6倍;
在手機(jī)這種追求功耗、發(fā)熱、面積/體積的產(chǎn)品中,這種方式明顯不可行,內(nèi)部空間不足,電池太小,扛不住,發(fā)熱太大,也沒(méi)法用。
但在一些不追求功耗、面積/體積、發(fā)熱的機(jī)器中,其實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)的,但這樣的機(jī)器會(huì)有多少?所以情況其實(shí)還是不容樂(lè)觀的。
大家都知道,芯片制造離不開光刻機(jī),尤其是EUV光刻機(jī),可是制造7nm及以下制程芯片的必要設(shè)備。因此,ASML才會(huì)格外受到關(guān)注,并且實(shí)現(xiàn)了業(yè)績(jī)的大幅提升。
但光刻機(jī)僅是芯片制造過(guò)程所需設(shè)備的其中一種,還需要蝕刻機(jī)、離子注入機(jī)、鍍膜機(jī)、晶圓劃片機(jī)、晶片減薄機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)等多種設(shè)備,少了哪一個(gè)設(shè)備也不行。
芯片生產(chǎn)設(shè)備就是芯片大規(guī)模制造的基礎(chǔ),我國(guó)目前在高端芯片制造上有差距,很大一方面原因就在于芯片制造設(shè)備的落后。而造成這種狀況,主要是以下兩方面原因:
一是長(zhǎng)期以來(lái)的“造不如買”的思潮??偸羌南M谖鞣降脑O(shè)備,可以直接買來(lái)用。
二是西方一直對(duì)我們進(jìn)行阻撓和限制。這個(gè)從之前的《瓦森納協(xié)議》,到近兩年的美方芯片改規(guī),一直在通過(guò)限制技術(shù)、軟件、先進(jìn)設(shè)備等出口,來(lái)阻撓我們科技發(fā)展。
尤其是在針對(duì)半導(dǎo)體方面,不僅限制了臺(tái)積電給華為代工芯片,還重點(diǎn)限制了先進(jìn)芯片設(shè)備的出口。最明顯的就是ASML的EUV光刻機(jī),一直限制賣給大陸的晶圓企業(yè)。
中芯國(guó)際幾年前訂購(gòu)的一臺(tái)EUV光刻機(jī),因?yàn)槊婪降淖钃?,至今不能到貨。如果不是因?yàn)镋UV光刻機(jī)的阻撓,恐怕中芯國(guó)際將會(huì)是全球第三個(gè)突破7nm芯片的晶圓廠。
不過(guò),阻撓并不能阻礙我們的發(fā)展,反而讓我們覺(jué)醒,開始注重自研去全力突破。
如今,我們大陸芯片行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)都掀起了建設(shè)熱潮,西方的阻撓已經(jīng)堵不住了。
近日,好消息傳來(lái),又一國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)備實(shí)現(xiàn)突破。據(jù)消息顯示,該設(shè)備是中國(guó)長(zhǎng)城旗下的鄭州軌交院研制推出的全自動(dòng)12寸晶圓激光開槽設(shè)備,支持超薄晶圓全切工藝。
厲害的是,這個(gè)設(shè)備支持5nmDBG工藝。也就是說(shuō),可以用于5nm制程工藝的芯片生產(chǎn)線。這可是繼國(guó)產(chǎn)5nm蝕刻機(jī)后,又一國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)備可用于5nm芯片制造。
隨著科技的不斷發(fā)展,這幾年中國(guó)在芯片領(lǐng)域和手機(jī)領(lǐng)域可謂是屢創(chuàng)奇跡,比如華為的麒麟9000反超驍龍865、5G基帶領(lǐng)先世界,還有小米手機(jī)去年出貨量力壓蘋果稱為全球第二等,這些都是近年來(lái)我國(guó)在科技領(lǐng)域取得的里程碑。但自從老美制裁華為后,麒麟芯片的生產(chǎn)和5G業(yè)務(wù)的拓展都遭受重創(chuàng),而國(guó)內(nèi)其他廠商也受到了一些影響,畢竟華為倒下后,蘋果和高通都開始發(fā)力了。
不過(guò),雖然少了華為這個(gè)強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,蘋果和高通也并沒(méi)有在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)較大優(yōu)勢(shì),因?yàn)槠渌謾C(jī)廠商和芯片廠商都相繼發(fā)力了,比如小米11系列和12系列在全平臺(tái)的銷量都力壓了蘋果一籌,而OPPO也開始用上了自研影像芯片,Redmi的K系列更是成為了旗艦的守門員,所以即便是iPhone12和iPhone13的低價(jià)策略也并沒(méi)有討到好果子吃。
值得一提的是,在芯片領(lǐng)域,高通從去年開始也是屢屢吃癟,驍龍888、驍龍888+和驍龍8Gen1的功耗全部翻車,雖然靠著驍龍870挽回了一波市場(chǎng),但是近日又受到了聯(lián)發(fā)科的暴擊,因?yàn)槁?lián)發(fā)科在發(fā)布天璣9000后,又推出了兩顆5nm芯片天璣8000和天璣8100,直接讓整個(gè)高通驍龍8系都受到了暴擊!
就那天璣8100來(lái)說(shuō),該芯片定位是次旗艦處理器,和驍龍870差不多的定位,但是就從目前的數(shù)據(jù)表現(xiàn)來(lái)看,真的驚艷!經(jīng)過(guò)極客灣大V實(shí)測(cè),天璣8100的性能和驍龍888差不多,單核性能弱于驍龍8,但是多核性能卻能和驍龍8持平,僅次于天璣9000!不僅如此,該芯片的功耗和能效比也是吊打了整個(gè)驍龍8系,就連去年一直被熱捧的驍龍870也被壓得穩(wěn)穩(wěn)的,因此很多機(jī)友都稱其為“低功耗版的驍龍888”。
當(dāng)然,就在前段時(shí)間,盧偉冰也在微博上表態(tài),即將在本月發(fā)布的K50系列將全球首發(fā)天璣8100,這無(wú)疑又是一記重?fù)?因?yàn)樯弦淮腒40搭載的驍龍870,銷量可謂是爆發(fā)式增長(zhǎng),高通也是賺翻了。而這次的K50將搭載更出色的天璣8100,預(yù)計(jì)成績(jī)會(huì)比K40更好,當(dāng)然高通就賺不到錢了,而是國(guó)產(chǎn)芯片廠商聯(lián)發(fā)科,從目前的趨勢(shì)來(lái)看,未來(lái)幾年里,在中端旗艦和高端旗艦市場(chǎng)中,天璣8系和9系應(yīng)該是穩(wěn)了,而高通也會(huì)被逐漸排擠出國(guó)產(chǎn)市場(chǎng),你們覺(jué)得呢?