移动互联网

苹果、三星和台积电,联手终结摩尔定律?

2022/11/7 22:00:00

1965年,英特尔创始人之一戈登-摩尔提出摩尔定律:每隔18~24个月,芯片上的晶体管密度将会增加一倍,同时,成本也降低50%。对于外行人来说,摩尔定律远不像牛顿定律或者电磁感应定律那么严谨,但六十年来,芯片企业的领军者几乎全都把摩尔定律视作“管理圣经”,用实际行动来维护摩尔定律的正确性和适用性,也催生出一大批的惊人数字。当摩尔定律提出时,芯片上仅有100个晶体管,六十年之后,每平方毫米芯片的晶体管数量达到3亿,足足增长了170亿倍,而单位面积芯片的密度增长3000万倍。都说数字是简洁的文字,而芯片业如此惊人的数字,则代表着人类电子文明的顶点。有人说:如果有什么科技产品,能同人类大脑相媲美,那无疑是芯片。

事实上,人类大脑总共有1000亿个神经元,而聪明如爱因斯坦活跃神经元也仅有140亿个。相比之下,苹果的M1芯片,采用台积电5nm工艺,晶体管数量已经超过140亿,已经初步具备和人脑抗衡的硬件条件。但正当台积电、三星准备向3nm进军时,却突然发现:摩尔定律正走向衰亡,如果晶体管密度迟迟没有突破,定律有可能就此失效。

3nm工艺,吹牛皮or划时代?

工艺中的nm数字代表的是晶体管线路之间的距离,说白了,就是3nm的芯片线路比之5nm更近,同样面积的芯片自然能存放数量更多的晶体管。逻辑如此,但实现起来并不容易,需要好的光刻机以及更具突破性的layout设计,同时兼顾材料纯度、良品率和产能。正可谓:工艺前进1nm,产业链跑马拉松。事实上,每次新工艺的推进都是以5年为单位的。在此之前,均是按计划达成,只是轮到3nm制程时,显得有点儿力不从心。

2021年开始,三星和台积电就开始为3nm制程造势,在大客户面前打得不可开交,并且踌躇满志地准备在iPhone14机型上塞入更多的晶体管。如今新iPhone已然上市,3nm工艺却并没有成为其“核芯”。

按照原计划,苹果A16芯片会是首批采用台积电3nm工艺的产品,但在严格的上市规划下,苹果选择了4nm工艺,仅仅是此前制程的微小改良版。如今De-commit的台积电,只能宣布推迟3nm量产计划,目标是2023年,但因其中变数太多,亦可能再次跳票。相比之下,三星则显得更惨,为了拉拢客户,他们每隔一段时间就会发表文章,大有携3nm制程重新划时代的意味,但韩国企业的问题在于制程风险:因升级工艺,制程增加约6000个工站,而且每个工站的良品率要达到99.999%,否则,就不能达到Break Even Point(损益平衡点)。正因如此,在同台积电的竞争中,他们在苹果的供应商排名中始终落后,毕竟,iPhone品质要求非常严苛,不能因芯片问题而导致能耗过高,机台发热。

据专家介绍,台积电和三星虽然都把新工艺称之3nm,但制程参数、光刻工艺都大相径庭,自然地,在晶体管密度和能耗方面也会有所差异。况且,台积电早就明确表示,即便是3nm制程成功量产,晶体管的密度仅仅是5nm芯片的1.6倍,无论从性能,还是成本方面,都很难符合摩尔定律的要求。种种迹象表明,3nm工艺制程可能已经碰到了人类物理上限,但更大的障碍来自非技术力量,包括政策和市场。

美国苹果,摩尔定律的真终结者?

毫无疑问,芯片3nm制程进展不顺利,导致物理界自我怀疑,但人类的伟大之处正在于:持续突破,探索宏观宇宙和微观粒子世界。事实上,芯片企业之所以能维护摩尔定律长达60年,正在于,每当出现卡脖子的状况,就有物理学家带队突破,他们终生的任务就是制定标准、挑战标准,生而靠近失败,却总能取得突破。

回顾摩尔定律60年,人类主要在三方面进行芯片工艺突破:光学、材料和结构。任意项目一旦取得突破,都是二十年以上的潜力。如果在材料和结构上取得突破,在电流传输、晶体管堆叠取得突破,人类尚能持续推进晶体管密度,维护摩尔定律,但问题在于,政策和市场因素越来越多地施加于芯片行业,并有可能成为摩尔定律的真终结者。

2019年贸易战和2020年疫情大面积爆发,芯片已然成为手机、汽车、手表等行业的硬通货,比较惨的是华为手机,直接成为贸易战的牺牲品。按照此前华为的规模,台积电自然不愿意放弃这个大客户,但美国手里掌握着他们所需要的光刻机和EDA软件、日本掌握着材料,台积电不得不屈从。令人棘手的是,新工艺的投资已经超过300亿元,他们需要大量的订单来接续。同时,因芯片荒严重,各方力量之于新工艺的追求,态度并不一样,甚至有声音传出:暂停新工艺研发,转而在旧工艺上做拓展。

熟悉芯片行业的人都清楚,EUV光刻机、无杂质材料、设备调试工程师等生产要素,都跟钻石一样,属于稀有产品。与其一味追求摩尔定律,倒不如大面积推广。要知道,90nm市场有超过18家晶圆厂,而到了22nm节点,就只剩下台积电、三星、英特尔、中芯国际和格罗方德。至于说,5nm3nm等工艺,基本上就是双雄争霸了。

除了政策力量外,大客户苹果的态度也会在很大程度上决定着摩尔定律的进展。台积电、三星超过50%的营收都来自“果链”,他们拼命地推进新工艺,也是在很大程度上迎合苹果的要求。同样,苹果也是新工艺的投资者之一。如前文所述,苹果A16芯片仅仅采用了改良版4nm工艺,证明库克正在向产业链释放信号:放下摩尔定律的执念,产业链有望会变得安乐、顺畅。去掉一些浪漫主义色彩,好好做生意即可。(科技新发现 康斯坦丁/文)


版权声明
本文仅代表作者观点,不代表艾瑞立场。本文系作者授权艾瑞专栏发表,未经许可,不得转载。

专家介绍

康斯坦丁,曾任职于多家it知名企业,现是科幻星系团队创建人,多家知名媒体及企业特邀顾问专家。本专栏原创内容如要转载、刊登发表请用下列联系方式email:wklx1119@sina.com,qq:102927545,msn:wangk1026@hotmail.com?
  • 合作伙伴

  • 官方微信
    官方微信

    新浪微博
    邮件订阅
    第一时间获取最新行业数据、研究成果、产业报告、活动峰会等信息。
     关于艾瑞| 业务体系| 加入艾瑞| 服务声明| 信息反馈| 联系我们| 合作伙伴| 友情链接

Copyright© 沪公网安备 31010402000581号沪ICP备15021772号-10

扫一扫,或长按识别二维码

关注艾瑞网官方微信公众号