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　　文｜雷科技 leitech

　　2 月底的 MWC 因為疫情已經宣布取消，但科技行業里的發布會不會減少。2 月 18 號，高通在舉辦了一場線上溝通會，帶來了最新一代的 5G 芯片——驍龍 X60。相比驍龍 X55，它的峰值速率提升其實并不明顯，但有幾個突出的亮點：制程工藝提升到了 5nm，是全球首款發布的 5nm 芯片；配套天線組的體積縮小，整體可以做得更小。

　　最近這幾年一路過來，我們可以清晰地發現芯片制造工藝的突飛猛進。2016 年，手機旗艦芯片的工藝制程還是 14nm，現在已經一步步提升到 7nm。2020 年，將會有采用 5nm 芯片的產品批量上市。

　　臺積電三星奮戰 5nm

　　目前，芯片制造領域的晶圓代工廠，實力強勁的已經不多。在掌握最先進的工藝制程上，臺積電和三星是最有資格的選手。

　　臺積電：上半年量產

　　根據臺積電公布的信息，今年上半年就能量產 5nm EUV 工藝，并且下半年產能將提升到每個月7-8 萬片晶圓。

　　臺積電去年年底發布的論文數據顯示，臺積電 7nm 工藝每平方毫米可生產大約 9627 萬個晶體管，而 5nm 晶體管密度是它的 1.83 倍，也就是說每平方毫米生產的晶體管能達到 1.77 億個。

　　此外，相比 7nm，臺積電 5nm EUV 能效提升 15%，功耗減少 30%，測試芯片目前的平均良率是 80%、峰值良率為 90%。知名科技外媒 AnandTech 在一篇分析文章中指出，目前參與測試的芯片構造比較簡單，真正投產的芯片會更復雜，良率也會降低。

　　當然，從現在的進度來看，臺積電 5nm 上半年實現量產問題不大，下半年我們就能見到搭載 5nm 芯片的智能設備大規模出貨。

　　三星：奮力直追

　　在 7nm 工藝上，三星落后于臺積電一步，不管是高通驍龍 855、驍龍 865，還是蘋果的 A12、A13，以及華為的麒麟 980、麒麟 990，都采用了臺積電的 7nm。

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

　　在 5nm 工藝上，三星加快了腳步。去年三星在 Q3 財報中透露，5nm 工藝已經進入到流片階段。三星的 5nm 繼續沿用 7nm LPP 工藝的晶體管，密度為它的 1.33 倍，性能提升了 10%，功耗也降低 20％。

　　目前來看，在 7nm 制程上，臺積電仍然保持領先，有望獲得各大芯片廠商的訂單。不過，三星 5nm 工藝，已經可以超過臺積電的 7nm 和英特爾的 10nm，已經迎頭趕上，該有的訂單也不會少。

　　首批 5nm 誰先吃上？

　　剛剛發布的驍龍 X60 是目前最先公布的采用 5nm 工藝的芯片，不過，按照高通公布的計劃，它真正用在消費級產品上并大量出貨，還要等到明年年初。產品層面來看，驍龍 X60 是驍龍 X55 的升級版，也是高通目前推出的第三代 5G 解決方案。

　　據外媒報道，三星已經拿下了驍龍 X60 5nm 訂單，負責這款 5G 芯片的生產。不過，后續臺積電依然有可能也負責驍龍 X60 的部分訂單，兩家共同吃上這筆大單。

　　此外，蘋果今年的 A14 處理器，已經基本可以確定會采用臺積電的 5nm 工藝，并且成為臺積電的最大客戶。

　　關于 A14，目前我們能得到的信息還相當少。外媒 MacWorld 表示，在采用 5nm 制程的情況下，A14 的晶體管數量能達到 125 億個，在 GeekBench 中的多核跑分或許能達到 4500 分，甚至可能超過 5000 分。

　　國內知名數碼博主@i冰宇宙不久前也在微博上曝光稱，蘋果 A14 芯片的跑分為單核 1559 、多核 4047，相比 A13 有比較大幅度的提升。

　　至于尚未發布的 iPad Pro 2020，采用的芯片估計是 A13X，GPU 性能大幅提升。但作為平板產品來說，對芯片功耗的敏感度相對會更低些，A13X 估計還是和 A13 一樣采用臺積電的 7nm 工藝。

　　除了蘋果 A13 和高通驍龍 X60，大概率采用 5nm 工藝的芯片還有麒麟 1020、驍龍 875、AMD Zen 3 處理器等。另外，來自供應鏈的消息稱，比特大陸的 5nm 芯片已經在去年年底進入流片階段，估計為 AI 芯片產品。

　　有消息稱，臺積電的首批 5nm 客戶主要是蘋果，其次是華為，真正在消費級芯片上普及估計還要到 2021 年。當然，不管是 2020 款的 iPhone 還是華為新款 Mate 旗艦，5nm 將會成為它們的一個重要賣點。

　　摩爾定律距離盡頭還有多久？

　　50 多年前，知名的摩爾定律被提出：集成電路上的晶體管數量，每隔 18 個月便增加一倍。過去幾十年里，芯片的性能在以驚人的速度不斷迭代更新。進入觸屏智能手機時代后，移動芯片的發展更是突飛猛進，在工藝制程上不斷突破極限。

　　根據臺積電公布的規劃，5nm 遠非終點，未來還將向 3nm、2nm 邁進。按照最樂觀的估計，臺積電 2024 年能實現 2nm 工藝的量產，距離現在還有四年時間。

　　去年的 Hotchips 國際大會上，臺積電研發負責人黃漢森在演講報告中稱，摩爾定律依然有效，它沒消亡也沒有減緩。他甚至表示，2050 年，晶體管尺寸會縮小到 0.1nm。

　　從三星公布的路線圖來看，它的工藝制程的進化路線是 7LPP——6LPP——5LPE——4LPE。而且，三星下一個發力的重點目標是 3nm GAA 工藝，如果未來兩年能量產的話，將實現對臺積電的反超。

　　不管是臺積電還是三星，都沒有在工藝制程的進化升級上停下腳步。至少目前來看，距離摩爾定律真正失效，還有很長的時間。

　　當然，在芯片制造上，制程每一次進步，投入的成本都要增加很多。為了解決工藝問題，科技巨頭們要投入巨額資金用于研發，而且建設一座 3nm 或者 2nm 級別的晶圓廠需要百億級美元的投入。

　　最近，臺積電在一場媒體溝通會上宣布，2020 年的開支大概在 150 到 160 億美元間，其中 80％ 將用于擴充產能，包括 7nm、5nm 及 3nm。而在半導體行業里站在金字塔頂端的三星電子，也宣布未來十年將在晶圓制造上 1160 億美元。

　　這也就意味著未來先進制程的芯片制造成本可能會更加高，能用得起的芯片廠商可能只有蘋果、華為、高通這些巨頭們。試圖自研芯片領域的新廠商，面對的技術和資金壁壘，將會更加高。

　　同樣的，在晶圓制造上，臺積電三星已經占據了絕對的優勢，其他廠商追趕的難度變得相當大。不過，中芯國際在工藝制程上的進度已經非常快，去年三季度實現了 14nm 的量產，比計劃提前了一年，同時 12nm 也已經提上日程。中芯有望拿到華為等廠商的芯片訂單，在依然嚴峻的形勢下，我們依然有最基本的芯片制造能力。

總結

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