5nm制程即将上线，会是iPhone 12杀手锏吗？

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　　文｜雷科技 leitech

　　2 月底的 MWC 因为疫情已经宣布取消，但科技行业里的发布会不会减少。2 月 18 号，高通在举办了一场线上沟通会，带来了最新一代的 5G 芯片——骁龙 X60。相比骁龙 X55，它的峰值速率提升其实并不明显，但有几个突出的亮点：制程工艺提升到了 5nm，是全球首款发布的 5nm 芯片；配套天线组的体积缩小，整体可以做得更小。

　　最近这几年一路过来，我们可以清晰地发现芯片制造工艺的突飞猛进。2016 年，手机旗舰芯片的工艺制程还是 14nm，现在已经一步步提升到 7nm。2020 年，将会有采用 5nm 芯片的产品批量上市。

　　台积电三星奋战 5nm

　　目前，芯片制造领域的晶圆代工厂，实力强劲的已经不多。在掌握最先进的工艺制程上，台积电和三星是最有资格的选手。

　　台积电：上半年量产

　　根据台积电公布的信息，今年上半年就能量产 5nm EUV 工艺，并且下半年产能将提升到每个月7-8 万片晶圆。

　　台积电去年年底发布的论文数据显示，台积电 7nm 工艺每平方毫米可生产大约 9627 万个晶体管，而 5nm 晶体管密度是它的 1.83 倍，也就是说每平方毫米生产的晶体管能达到 1.77 亿个。

　　此外，相比 7nm，台积电 5nm EUV 能效提升 15%，功耗减少 30%，测试芯片目前的平均良率是 80%、峰值良率为 90%。知名科技外媒 AnandTech 在一篇分析文章中指出，目前参与测试的芯片构造比较简单，真正投产的芯片会更复杂，良率也会降低。

　　当然，从现在的进度来看，台积电 5nm 上半年实现量产问题不大，下半年我们就能见到搭载 5nm 芯片的智能设备大规模出货。

　　三星：奋力直追

　　在 7nm 工艺上，三星落后于台积电一步，不管是高通骁龙 855、骁龙 865，还是苹果的 A12、A13，以及华为的麒麟 980、麒麟 990，都采用了台积电的 7nm。

　　而三星的首款 7nm 芯片为自家的 Exynos 9825，发布于去年 8 月份，最新的 Exynos 990 用的也是 7nm 制程。

　　在 5nm 工艺上，三星加快了脚步。去年三星在 Q3 财报中透露，5nm 工艺已经进入到流片阶段。三星的 5nm 继续沿用 7nm LPP 工艺的晶体管，密度为它的 1.33 倍，性能提升了 10%，功耗也降低 20％。

　　目前来看，在 7nm 制程上，台积电仍然保持领先，有望获得各大芯片厂商的订单。不过，三星 5nm 工艺，已经可以超过台积电的 7nm 和英特尔的 10nm，已经迎头赶上，该有的订单也不会少。

　　首批 5nm 谁先吃上？

　　刚刚发布的骁龙 X60 是目前最先公布的采用 5nm 工艺的芯片，不过，按照高通公布的计划，它真正用在消费级产品上并大量出货，还要等到明年年初。产品层面来看，骁龙 X60 是骁龙 X55 的升级版，也是高通目前推出的第三代 5G 解决方案。

　　据外媒报道，三星已经拿下了骁龙 X60 5nm 订单，负责这款 5G 芯片的生产。不过，后续台积电依然有可能也负责骁龙 X60 的部分订单，两家共同吃上这笔大单。

　　此外，苹果今年的 A14 处理器，已经基本可以确定会采用台积电的 5nm 工艺，并且成为台积电的最大客户。

　　关于 A14，目前我们能得到的信息还相当少。外媒 MacWorld 表示，在采用 5nm 制程的情况下，A14 的晶体管数量能达到 125 亿个，在 GeekBench 中的多核跑分或许能达到 4500 分，甚至可能超过 5000 分。

　　国内知名数码博主@i冰宇宙不久前也在微博上曝光称，苹果 A14 芯片的跑分为单核 1559 、多核 4047，相比 A13 有比较大幅度的提升。

　　至于尚未发布的 iPad Pro 2020，采用的芯片估计是 A13X，GPU 性能大幅提升。但作为平板产品来说，对芯片功耗的敏感度相对会更低些，A13X 估计还是和 A13 一样采用台积电的 7nm 工艺。

　　除了苹果 A13 和高通骁龙 X60，大概率采用 5nm 工艺的芯片还有麒麟 1020、骁龙 875、AMD Zen 3 处理器等。另外，来自供应链的消息称，比特大陆的 5nm 芯片已经在去年年底进入流片阶段，估计为 AI 芯片产品。

　　有消息称，台积电的首批 5nm 客户主要是苹果，其次是华为，真正在消费级芯片上普及估计还要到 2021 年。当然，不管是 2020 款的 iPhone 还是华为新款 Mate 旗舰，5nm 将会成为它们的一个重要卖点。

　　摩尔定律距离尽头还有多久？

　　50 多年前，知名的摩尔定律被提出：集成电路上的晶体管数量，每隔 18 个月便增加一倍。过去几十年里，芯片的性能在以惊人的速度不断迭代更新。进入触屏智能手机时代后，移动芯片的发展更是突飞猛进，在工艺制程上不断突破极限。

　　根据台积电公布的规划，5nm 远非终点，未来还将向 3nm、2nm 迈进。按照最乐观的估计，台积电 2024 年能实现 2nm 工艺的量产，距离现在还有四年时间。

　　去年的 Hotchips 国际大会上，台积电研发负责人黄汉森在演讲报告中称，摩尔定律依然有效，它没消亡也没有减缓。他甚至表示，2050 年，晶体管尺寸会缩小到 0.1nm。

　　从三星公布的路线图来看，它的工艺制程的进化路线是 7LPP——6LPP——5LPE——4LPE。而且，三星下一个发力的重点目标是 3nm GAA 工艺，如果未来两年能量产的话，将实现对台积电的反超。

　　不管是台积电还是三星，都没有在工艺制程的进化升级上停下脚步。至少目前来看，距离摩尔定律真正失效，还有很长的时间。

　　当然，在芯片制造上，制程每一次进步，投入的成本都要增加很多。为了解决工艺问题，科技巨头们要投入巨额资金用于研发，而且建设一座 3nm 或者 2nm 级别的晶圆厂需要百亿级美元的投入。

　　最近，台积电在一场媒体沟通会上宣布，2020 年的开支大概在 150 到 160 亿美元间，其中 80％ 将用于扩充产能，包括 7nm、5nm 及 3nm。而在半导体行业里站在金字塔顶端的三星电子，也宣布未来十年将在晶圆制造上 1160 亿美元。

　　这也就意味着未来先进制程的芯片制造成本可能会更加高，能用得起的芯片厂商可能只有苹果、华为、高通这些巨头们。试图自研芯片领域的新厂商，面对的技术和资金壁垒，将会更加高。

　　同样的，在晶圆制造上，台积电三星已经占据了绝对的优势，其他厂商追赶的难度变得相当大。不过，中芯国际在工艺制程上的进度已经非常快，去年三季度实现了 14nm 的量产，比计划提前了一年，同时 12nm 也已经提上日程。中芯有望拿到华为等厂商的芯片订单，在依然严峻的形势下，我们依然有最基本的芯片制造能力。