據芯智訊收到的一份據稱半導體研究機構TechInsights的報告(我們沒有購買TechInsights的會員,因此無法進一步查證)顯示,現在的半導體市場就出現這種“謊報”的行為,兩傢領先的代工廠都放任客戶聲稱他們采用4納米工藝,而實際使用的卻仍是5納米技術。這種情況讓雙方均形象受損,尤其是代工廠。而這背後,也意味著晶體管微縮技術發展的放緩。
許多人偶爾會謊報自己的年齡或體重,這可能並不是什麼大問題。但是,如果企業出現類似的謊報行為,則可視為虛假廣告,是在欺騙用戶。
報告稱,這個問題最初始於三星。在與臺積電下一個節點的長期競爭中,三星在交付5納米芯片的一年後,宣佈將於2021年底交付生產4納米芯片。如圖1所示,臺積電計劃在5納米和4納米節點之間用兩年時間,在2022年第2季度交付4納米。而為避免給三星“耀武揚威”的機會,臺積電決定將其N4(4納米)節點的進度“拉快”兩個季度,以恰巧趕上競爭對手。首個使用臺積電N4工藝的芯片是聯發科的天璣9000系列。
△圖1:經修訂的制程工藝路線圖。臺積電聲稱已在2021年末交付4納米節點,隻是當時誤標為5納米技術而已。
臺積電可以突然從其通常嚴格而耗時的生產認證周期中足足擠出六個月的時間,對於這一點,我們本就應該感到懷疑。但是,當TechInsights分析天璣9000並發現關鍵工藝尺寸與臺積電早期N5產品完全相同時,情況就不妙。顯然,臺積電聲稱的4納米產品是虛假的,正如聯發科技聲稱擁有4納米處理器一樣。
與此同時,三星的智能手機部門正準備推出Galaxy S22,該機型部分搭載三星自有的Exynos 2200處理器,宣稱采用4納米技術制造,但高通的驍龍8 Gen 1(出現在一些S22型號內)采用的是5納米技術制造。為避免客戶對一種處理器(較於另一種處理器)在制程工藝上領先的渴望,兩傢公司決定將8 Gen 1作為4納米芯片推出。因為三星生產這兩種產品,所以它創造一種稱為4LPX的新工藝,像N4一樣,但隻為一種產品服務。TechInsights在分析驍龍芯片後,發現三星4LPX工藝在物理上與其5LPE工藝並沒有什麼不同。
但頗為諷刺的是,唯一使用真正4納米技術的產品比假冒的4納米產品表現更差。因為,三星在將其4LPE工藝投入生產方面過於冒進,導致Exynos 2200高缺陷率和低能效——特別是在其新的圖形引擎中。由於Exynos芯片供應有限,三星電子在大多數Galaxy S22型號采用高通驍龍8 Gen 1 處理器。
這些生產困境進一步促使高通轉向采用臺積電N4P工藝代工其新一代的旗艦處理器驍龍8+ Gen 1。TechInsights認為,臺積電N4P才是真正的4納米技術。驍龍8+ Gen 1是首個公開的臺積電N4P工藝產品,預計蘋果A16也將會使用N4P代工。這兩種芯片都已經投產,蘋果A16並將在9月份左右應用於新一代的iPhone 14系列手機。
臺積電通常會給蘋果一到兩個季度的獨傢使用權來使用其最新的制造技術。看到高通出現在首批客戶名單上令人驚訝,尤其是考慮到其基於驍龍的智能手機與蘋果的iPhones直接全面競爭。臺積電顯然願意打破蘋果的獨傢地位,以便從三星手裡奪取一項主要設計。(高通在許多其他產品上有選擇臺積電代工,但過去幾款旗艦處理器都是基於三星產品制造的。)
真相很難面對
為什麼代工廠突然虛報其晶體管進展情況?這比承認進展遇阻要容易得多。假冒的4納米工藝和“真正”4納米工藝之間的區別僅僅在於5%的光學微縮(10%的面積縮減)。即使是這小小的進步也打破三星的產量模型,臺積電也是花兩年時間才完成。這兩傢頭部的代工廠預計明年將實現3納米的大規模量產,而盡管他們在4納米工藝方面奮力掙紮,卻未能激發出多少信心。
考慮到節點之間的間隔時間較長,代工廠可能會在等待下一個節點的同時提高速度、功率或產量(最終達到相同的效果)。例如,雖然三星的4LPX與5LPE工藝具有相同的尺寸,但前者可能會提供一些其他優勢來證明其有資格獲得新名稱。但是在晶體管密度沒有任何提高的情況下,名稱應采用5LPX,以表明該工藝仍然屬於5nm節點的范疇。大多數人用5nm或4nm的簡寫來代替完整的工藝名稱,所以數字還是很重要的。
盡管偽造新節點可以讓代工廠擺脫短期困境,但這對他們來說是有害的。吹捧一個假冒的4納米裡程碑並放任客戶大肆宣傳,會稀釋代工廠品牌的價值。如果4納米不是真正的4納米,那麼節點名稱還有意義嗎?如果可以重新命名一個較舊的工藝,為什麼消費者要為4納米技術承擔額外的成本呢?
一段時間以來,代工廠沒有在節點數量和晶體管密度之間保持嚴格的相關性。但至少當他們在名稱中采用一個更小的納米數字時,就表明其已取得一些密度方面的進步。公然將一個5納米工藝重新標記為4納米,則抹殺節點編號的最後一絲意義。所以,當某個代工廠宣稱其已達到下一個新水平的時候,直到拆解確認前,請切勿輕信。同樣的道理也適用於那些吹噓自己實現新制造技術的芯片供應商。隨著摩爾定律磕磕絆絆走到盡頭,最後留給我們的唯有謊言、該死的謊言以及那些毫無意義的節點名。
芯智訊點評:關於制程工藝節點的數字遊戲早在多年前就已經開始。原本半導體產業界一直遵循著每一個大的代際的制程節點更新,都是以前一代制程的0.7倍對新制程節點命名,同時每一個大的代際升級,其晶體管密度將是上一代的兩倍。比如英特爾90nm、65nm、45nm、32nm、22nm這樣的命名,基本是遵循每兩年升級一代,晶體管數量翻一倍的規則。
但是自2011年下半年英特爾發佈22nm之後,近2年半之後,即2014年上半年,英特爾的14nm工藝才發佈(二季度末才量產)。而在14nm向10nm提升的過程中,英特爾在工藝上遭遇挑戰,其Tick-Tock策略(即一年提升工藝,一年提升架構)甚至停擺。
雖然2014年英特爾就推出14nm工藝,之後僅一年不到的時間,三星也搶先臺積電推出自傢的14nm工藝,當時臺積電宣佈量產的是16nm工藝。這也使得三星順利奪下蘋果A9處理器的訂單。但實際上,這隻不過是三星的為爭奪市場而采取的制程數字上的營銷策略。之後的事實也證明,當時三星14nm工藝的性能甚至不如臺積電的16nm工藝,這也是為什麼蘋果在A9之後又全面轉向由臺積電獨傢代工。
即便臺積電並沒有像三星那樣激進的玩“制程工藝數字的虛假遊戲”,但是臺積電也絕不是旁觀者!因為臺積電和三星對於工藝節點的命名,都不是像英特爾那樣嚴格按照最初的命名規則來命名。
根據此前英特爾公佈的數據顯示,其2014年推出的14nm制程所能達到的晶體管密度已經與三年後(2017年)臺積電、三星所推出的10nm的晶體管密度相當。
英特爾的10nm制程工藝雖然比三星、臺積電的10nm工藝推出時間略晚,但是它的晶體管密度卻達到後者的兩倍。
此外,英特爾10nm的鰭片間距、柵極間距、最小金屬間距、邏輯單元高度等指標均領先於臺積電和三星的10nm。
但是,對於大多數商用客戶及消費者來說,並不會去深究各傢制程工藝的實質差別,通常都會認為制程工藝節點的數字越小,就代表著越先進。這也使得三星、臺積電在“制程節點命名的遊戲”上越玩越嗨,並且憑此也贏得市場的領先!
相比之下,“守舊”的英特爾卻像個“祥林嫂”,一直在那說“我的是10nm相當於競品的7nm”,“我的晶體管密度更高”,“競品在工藝節點數字上的領先,並不是真正的領先”!但是,在消費者看來,英特爾在工藝節點數字上的落後是“真的落後”。
而為徹底扭轉這一局面,在英特爾新CEO基辛格加入之後,很快就選擇“打不過就加入”的策略,也開始玩起“制程節點命名的遊戲”,徹底打破堅守數十年的命名規則,直接采用“Intel X”的命名方式,來與臺積電的制程工藝節點一一對應。比如原本的英特爾10nm工藝被重新命名為Intel 7,對應臺積電的7nm工藝。
雖然,現在大傢都在玩“制程節點命名的遊戲”,但是基本上都是針對競爭對手,對於自傢的產品,仍一直都是遵循制程工藝節點數字越小,越先進的命名規則。如果TechInsights的分析無誤的話,那麼三星、臺積電跟客戶一起“編造制造工藝的謊言”,拿“5納米”來冒充“4納米”無疑是太過分。這也將使得制程工藝節點的命名,完全失去應有的意義。