最烧钱的技术战!全球冲刺3nm芯片,100亿美元起

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世界上最烧钱长跑:芯片制程进阶之路

什么是芯片制程?制程用来描述芯片晶体管栅极宽度的大小,纳米数字越小,说明晶体管密度越大,芯片性能就越高。

例如,台积电7nm芯片的典型代表苹果A13、高通骁龙865和华为麒麟990,每平方毫米约有1亿个晶体管。随后台积电5nm、3nm芯片进一步将每平方毫米的晶体管数量进一步提升至1.713亿个、2.5亿个。

最烧钱的技术战!全球冲刺3nm芯片,100亿美元起

伴随着制程的进化,5nm比7nm芯片性能提升15%,功耗降低30%;3nm又比5nm芯片性能提升10-15%,功耗降低25-30%。

由于各家对制程工艺的命名法则不同,相同纳米制程下,并不能对各厂商的制程技术进展做直观比较。比如英特尔10nm的晶体管密度与台积电7nm、三星7nm的晶体管密度相当。

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从制程最新进展来看,一边是台积电三星在5nm/3nm等先进制程上你追我赶,另一边英特尔则韬光养晦循序渐进地走向7nm。

5nm方面,台积电已经拿到苹果和华为的旗舰手机芯片订单,下半年开启量产,有望在其2020年营收占比达10%。

三星在5nm制程则相对落后,目前正加速韩国华城5nm生产工厂V1的建设,预计6月底前完成生产线建设,今年年底前实现量产。

据外媒报道,三星与谷歌正合作开发采用三星5nm LPE工艺的定制Exynos芯片组,将搭载于谷歌的Pixel智能手机、Chrome OS设备甚至数据中心服务器中。

3nm方面,台积电3nm制程预计2021年开始试生产,并于2022年下半年开始量产。三星原计划2021年大规模量产3nm工艺,但受当前疫情影响,不确定量产时间是否会推迟。

为什么挺进先进制程的玩家屈指可数呢?主要源于两大门槛:资本和技术。

制程工艺的研发和生产成本逐代上涨。根据相关数据,3nm芯片的设计费用约达5-15亿美元,兴建一条3nm产线的成本约为150-200亿美元。

两年前台积电为3nm工艺计划投资6000亿新台币,折合近200亿美元。单是从资金数目来看,很多中小型晶圆厂就玩不起。

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更高的研发和生产成本,对应的是更难的技术挑战。

每当制程工艺逼近物理极限,晶体管结构、光刻、沉积、刻蚀、检测、封装等技术的创新与协同配合,对芯片性能天花板的突破起到决定性作用。

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