關於晶片製程問題,目前我們已知最先進的手機晶片無非就是7nm製程和5nm製程,市面上已經實現量產的7nm製程晶片有很多,比如蘋果A13、高通驍龍865、華為海思麒麟990、聯發科天璣1000等等。5nm製程晶片已經研發成功,只是等待臺積電大規模量產還需要一定時間,具體來說至少要等到2020年下半年才會大批量面世,比如大家期待的蘋果A14、海思麒麟1020、高通875等等。那麼,肯定有小白要問了:5nm和7nm相差不多,為什麼華為和蘋果等廠商要競相加快研發並積極抱著臺積電的大腿呢?
誠然,從數字上看,5nm和7nm相差只有2nm,看似沒什麼區別,但在晶片這種高度集成的電子器件上,差別還是非常大的。下面我們就來通過幾個問題來說明一下兩者的差距。
1、為什麼晶片要越做越小?
首先我們要認識到,晶片是集成在矽片上的細小電路,裡面集合了幾十億甚至上百億個電晶體,是目前人類已知電子微觀領域最複雜的世界。而要想在這樣一個長寬僅幾納米的晶片上集成更多的電晶體,就需要在同等工藝製程前提下使用更大面積的晶片來實現,但這樣的後果就是晶片面積增大、發熱更快,顯然無法適應微電子工業的發展。因此,要保證在相同面積甚至更小面積的晶片上集成更多電路,且要保證耗能小,就需要提高晶片工藝製程,把電路導線和電晶體做得更細更小。因此,有了這個層次的考量,晶片就只能越做越小,5nm相比7nm就顯得尤為重要。
2、晶片工藝製程的提升有什麼好處?
除了可以減小晶片面積、減小耗能外,每一次製程的升級都伴隨著CPU的巨大升級。據計算,電晶體每減小1nm,由此製造出的CPU的性能將提升30%-60%。這也就意味著,搭載了更先進工藝製程晶片,可以使我們的手機、電腦等電子設備運行時變得更加流暢,且不容易出現發熱現象,大大提高使用效率和用戶體驗。
具體來說,5nm和7nm最主要的區別就是電晶體密度不同,前者每單位電晶體的數量超過1.7億個,較後者增加了80%。也就是說,原先7nm晶片上可以塞得下三個G76核心的面積,如今可以塞下五個了。而且以A76為例,在相同主頻條件下,5nm製程要比7nm節能30%。也有網友給出更方便理解的答案:換個角度,你70平米的房子其中包含20平米的公攤面積,你說這樣划算嗎?而且同等價位下原本這個70平米的房子是兩室的,如今改成三室的,是不是感覺很划算?
再一個,為什麼各大廠商要緊抱臺積電大腿求合作?最重要的原因就是人家有更先進工藝的光刻機呀!儘管中芯國際向荷蘭ASML公司求購近3年的光刻機已經到位,但相比臺積電熟練應用的EUV光刻機來說,差距不是一般的大。目前中芯有能力量產的晶片只有14nm,而臺積電已經包攬下半年全球範圍內的5nm晶片大單,且正在研發2nm製程工藝。而且作為代工廠,臺積電的晶圓片是按片賣的,一片7nm的晶圓片售價10000美元左右,比一片16nm的貴了68.5%。比如麒麟990 5G的晶圓片相比麒麟960就高出65%,這也是5G手機售價高昂的最主要原因。
按照接下來的發展,下半年從9月開始,A14、麒麟1020、驍龍875等5nm製程晶片都將相繼亮相,且有望成為像835一樣功耗性能相對更平衡的一代神U。至於說iPhone12、華為Mate40以及安卓驍龍875系5G旗艦機哪家強,我們就一起來期待一下吧!
對此,大家怎麼看待5nm和7nm製程工藝的差別呢?你認為離開了臺積電的華為能否在晶片領域實現突破呢?