随着iPhone15的发布,全球首颗采用3nm制程的手机芯片——A17 Pro也随之与大家见面了。尽管这款芯片发布后备受争议,被一些人批评其在CPU和GPU方面的提升并不明显,只有NPU(神经网络处理器)方面有显著的提升。然而,无可否认的是,与安卓手机芯片相比,苹果A17芯片已经处于领先地位,至少领先了安卓芯片两代。随着A17芯片的问世,预计高通、联发科等公司也会迅速跟进,推出适应3nm制程的手机芯片。这意味着在不久的将来,消费者将有更多手机选项,包括搭载先进制程芯片的安卓手机。此外,三星也有可能加入竞争,推出自己的3nm手机芯片。
3nm制程的手机芯片在技术上具有显著的优势。随着制程的不断进步,芯片的集成度和性能得到了大幅提升,从而提供更出色的性能和能效表现。这样的制程对于支持高性能应用程序和人工智能功能的手机非常关键。行业内的竞争推动了技术的进步,不仅给消费者带来了更先进的产品体验,也加速了手机芯片市场的发展。随着更多制程先进的芯片问世,消费者可以期待更强大的性能、更长的续航时间和更流畅的用户体验。判定一颗芯片是否为3nm并不是仅仅依靠一个特定的参数来确定的,并且目前的3nm芯片并没有一个唯一的关键参数表示为3nm。事实上,晶圆厂们所称的3nm芯片实际上是基于新一代的制造工艺和技术进行生产的。
在传统的芯片制造工艺中,工艺代表的是制造芯片的某个特定层次(如门电极、互连线等)的最小尺寸。然而,随着技术的不断进步,芯片的制造工艺已经越来越复杂,不再只取决于某一特定层次的尺寸。因此,所谓的3nm芯片更多地是指基于更先进的制造工艺和技术生产的芯片,而非单一的尺寸参数。目前,新一代的制造工艺中使用了一系列的技术创新来实现更小、更高密度的芯片。这些创新包括使用更紧密的晶格结构、新材料的引入和更先进的工艺步骤等。因此,3nm芯片在实际制造过程中可能会将这些技术应用到不同的层次,并结合多个参数来实现更高的性能和更小的尺寸。
因为芯片制造的复杂性和机密性,晶圆厂们并不会公开详细的制造工艺和参数信息。芯片制造厂商会根据自身的技术路线和市场策略来命名和定义不同代数的芯片。不同晶圆厂所称的3nm或其他代数的芯片可能在具体参数上存在一定的差异。在芯片制造中,对于130nm之前的工艺,芯片的纳米数是指金属半节距(metal half-pitch)或栅极长度(gate length)的大小。金属半节距指的是金属层之间的间距,而栅极长度是指芯片中的晶体管栅极的长度。随着工艺的进步,每一代工艺通常会使栅极长度和金属半节距缩小约30%。这意味着每经过一代工艺的改进,晶体管的密度会增加一倍,芯片的面积会减半。后来晶圆厂开始过于专注于缩小栅极长度,忽视了实际技术的发展。在130nm工艺时,实际的栅极长度可能只有70nm左右,这导致了栅极长度与工艺纳米数之间的脱节。
这种情况在以后的工艺发展中也有所体现。随着工艺的不断进步,纳米数已经成为一个相对模糊的概念,不再准确地反映芯片中各个部分的尺寸。相反,现代芯片工艺更注重综合考虑晶体管尺寸、金属层间的间距、电介质厚度等因素,以实现更好的性能和能效。在半导体工艺的发展过程中,栅极长度逐渐滞后于工艺的进步。由于随着工艺的不断前进,栅极长度无法每一代都缩小30%,科学家们引入了一个新的命名法,称为接触栅间距。这一概念指的是晶体管栅极之间的最小距离,其一半距离代表了芯片的工艺水平。
引入接触栅间距的命名法却对晶圆厂的利益造成了损害。由于接触栅间距的缩小十分困难,晶圆厂们逐渐放弃了对栅极长度、金属半节距和接触栅间距等参数的过度关注。相反,他们开始按照自己的步伐和技术进展,为自己的工艺命名。因此,在进入10nm工艺后,不同厂商的工艺之间明显出现了差异,晶体管密度也完全不一致。在不同的晶圆厂中,纳米工艺的定义存在差异。台积电的7nm工艺相当于英特尔的10nm工艺,而台积电的5nm工艺则相当于三星的3nm工艺或英特尔的7nm工艺。这表明纳米工艺的命名并非统一的标准,各家晶圆厂根据自身技术和制程的发展来进行命名,因此晶体管密度也会有所不同。
可以通过接触栅间距的一半距离来大致了解台积电芯片的实际工艺水平。根据媒体的披露,台积电的7nm工艺的接触栅极间距(Contacted Poly Pitch,CPP)为54nm,这意味着实际工艺约为27nm左右。同样地,5nm工艺的CPP为51nm,实际工艺应该在25nm左右,而3nm工艺的CPP为45nm,实际工艺预计在22nm左右。需要注意的是,以上观点仅供参考,并非官方标准。因为目前没有人使用接触栅间距的一半距离来命名芯片工艺,所以这种比较只能由个人观点和解读来进行。
我们仍然要明确一个事实,那就是目前的纳米工艺命名确实是由各个晶圆厂自主决定的权力。每个晶圆厂根据其自身技术和市场竞争的需要来进行工艺命名,这也是为什么不同厂商之间工艺命名存在差异的原因。纳米工艺的命名存在一定的主观性和多样性。对纳米工艺的理解需要综合考虑多个因素,并且要根据具体的技术细节和市场情况做出准确的评估。