華為5G晶片都靠它?臺積電7nn EUV 工藝正式商用

7nm EUV工藝的風聲傳出已久，現在它終於能大規模地影響到普通消費者。

臺積電在近日宣布，這家承擔了相當多晶片製造工作的半導體工廠，成了業界首個可將N7+工藝商用的代工廠。首批採用臺積電N7+工藝製造的晶片，也將從近日開始向客戶交付。

臺積電7nm EUV正式商用

N7+工藝便是採用EUV（極紫外光刻）的7nm製造工藝，根據臺積電的說法，7nm EUV相比此前的7nm（N7）工藝，把電晶體密度提升了15%~20%，同時也順利降低了晶片功耗。

臺積電錶示，7nm EUV也是有史以來量產最快的晶片製造工藝，在今年第二季度開始量產的時候，產能就已經達到量產了一年多的7nm工藝的水平。相比至今沒有傳出代工晶片量產消息的三星7nm EUV，臺積電這次走在了前面。

（圖片來自WikiChip）

臺積電還小小地展望了計劃於2020年第一季度開始試產、年底前量產的6nm工藝，同樣使用了EUV的臺積電6nm工藝在設計上完全兼容當前的7nm EUV，有望讓7nm EUV晶片的改進產品更快速地推向市場。

突破製造極限，EUV不僅僅是後綴那麼簡單

正如此前展望5nm工藝時所說的那樣，集成電路的密度隨著製程工藝的改進而提升。無論是哪家廠商設計應用於哪種設備，晶片工藝改進都在讓設備進步，其中關鍵的指標便是電晶體之間的間隙。

從安卓手機進入大眾視野時的60nm，到4G手機開始普及時的28nm，再到現在高端手機上普及的7nm，智慧型手機提供的表現越發強大，我們一直在見證著晶片工藝提升帶來的性能和續航革命。

5G和AI應用是當前的熱門話題，為了讓這些新技術更好地在手機上服務用戶，更應該讓重要的硬體晶片，藉助工藝提升得到新能力。晶片設計廠商，以及臺積電、三星這樣的製造工廠也是這樣想的，然而他們發現了一個事實：工藝提升已經遭遇瓶頸。

半導體矽是最常見的晶片製造原料，工廠將冶煉切割後的矽晶圓放置於光刻機中，然後用光透過印有電路設計圖的掩膜進行蝕刻，最後打磨切割封裝就得到了晶片。晶片製造多年來慣用控制光波長來提升製程，這個方法到了nm級別卻開始失靈。

以5nm為例，傳統DUV（深紫外光刻）技術下蝕刻出的極低電晶體間隙導致了難以控制的漏電問題，使得晶片性能損失比起進步來說得不償失。經過多種嘗試，依舊沒法有效解決遭遇的工程難題，工藝提升的步伐似乎要就此停下來。

這個時候廠商們找到了從80年代起就提上議程的EUV（極紫外光刻），相比現在廣泛使用的DUV，波長僅為13.5nm的EUV更能幫助工藝提升。臺積電、三星、英特爾等多家晶片製造廠共同投資數十億美元後，ASML公司帶來了首個能投入商用的EUV光刻機。

ASML的光刻機可以說是高科技中的高精尖了，每臺價格至少上億美元，是DUV光刻機的近十倍，而且需要多架次波音737 Max才能完成運輸。光是開動這臺機器進行生產，每小時就需要150度的電。

EUV的改進不只是光線種類和波長，還引入了浸液式光刻、真空蝕刻、多重成像等過去還在實驗室中的技術，綜合起來之後才將工藝提升變成了現實。得益於EUV，我們見到了更強大的7nm工藝，5nm和3nm等過去約等於不可能的工藝也將在未來兩三年到來。

三星是首個宣布在量產晶片中使用7nm EUV工藝的廠商，今年8月發布的Galaxy Note 10手機就搭載了採用這一工藝的Exynos 9825處理器。由於手機版本限制，包括中國在內的大部分地區，都無法見到Exynos 9825背後7nm EUV的真正實力。

根據此前的消息，高通明年的中端定位5G晶片7250將採用三星7nm EUV工藝生產，不過它可能並不是首個接觸全球用戶的7nm EUV晶片。採用臺積電7nm EUV工藝代工的麒麟990 5G，很快就會隨手機正式登場。

5G時代的耗電和發熱，或因EUV緩解

華為海思在麒麟990上採用了兩種製造工藝，不含5G基帶的麒麟990採用原版7nm工藝製造，集成了5G基帶的麒麟990 5G搶先用上了7nm EUV工藝。麒麟990 5G的電晶體數量達到了103億顆，相比上一代麒麟980的69億顆提升巨大。

拿到了首批5G產品的媒體和消費者都發現，5G網絡對手機的功耗以及發熱能力有更高的要求，這也是2019年智慧型手機紛紛用上4000毫安時以上電池並配備更大面積熱管散熱的原因。

EUV帶來的工藝改進，有望成為提升5G時代手機體驗的重要法寶：華為官方的數據顯示麒麟990 5G的功耗降低了20%、面積也縮小了36%，卻得到了20%的性能提升。在5G NR網絡下，上下行速率分別可達2.3Gbps和1.25Gbps。

頭頂首款臺積電商用7nm EUV晶片光環的麒麟990 5G，會隨著華為Mate 30 5G和Mate 30 Pro 5G在11月上市，這一新工藝能有多少能耐很快就能揭曉。

很可能在2020年iPhone上啟用的蘋果A14晶片，也會受益於EUV，不過蘋果的策略更為激進，A14將採用5nm EUV工藝進行製造。蘋果向來是大核心處理器的擁躉，A14或許能藉助5nm EUV得到更大幅度的性能提升，並更有效地消除多層主板的散熱問題。

如果想要在計算機上見到7nm EUV實現的效能改進，那麼可以期待一下AMD計劃在2020年發布的Zen 3架構處理器，這批產品也會採用新工藝製造。在Zen以及Zen 2上，AMD通過架構和製造工藝的雙重改進，實現了處理器性能表現的大幅提升。

作為臺積電近年來的重要客戶之一，AMD一直在積極跟進最新工藝。比起處理器領域頭號玩家英特爾今年來暫停鐘擺戰略，一直在改進14nm工藝遲遲沒能正式進入10nm的尷尬，AMD正在逐步實現彎道超車，讓消費者有了同性能下更便宜的選擇。

至於臺積電多年來的合作夥伴高通，有消息稱驍龍865改投三星代工生產，這款2020年安卓陣營的主力旗艦晶片，會成為三星7nm EUV工藝實力的證明。也有消息表示，下一代驍龍875又會回歸臺積電生產，採用蘋果A14同款5nm EUV工藝。

總結

EUV工藝的誕生並正式商用，意味著人類科技又一次完成了應用層面的突破。就像是電晶體到集成電路、液晶面板變為現實、鋰電池開始驅動設備一樣，最前沿的產品製造再度跨過了「不可能」的製造難題，並開始影響實際生活。

如果你要問7nm EUV以及未來的5nm EUV等工藝有什麼實際作用，我只能像描述過去的工藝進步那樣，告訴你性能、效能都得到了進步。

正是這樣解決了一個又一個問題的進步，才造就了人們生活的變化，沒有從晶片到整機製造的一步步進化，我們將很難想像當今的科技生活。