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智东西▲每平方毫米近3亿个晶体管！台积电3nm工艺挑战摩尔定律


智东西▲每平方毫米近3亿个晶体管！台积电3nm工艺挑战摩尔定律
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智东西
编|韦世玮
智东西4月21日消息 ， 据外媒phoneArena报道 ， 台积电的3nm芯片将实现每平方毫米近3亿个晶体管的晶体管密度 ， 提升了1.7倍 。 同时 ， 其性能将提升5% ， 能耗降低15% ， 预计将于2021年下半年开始生产 ， 2022年下半年实现量产 。
长期以来 ， 台积电和三星一直都在竞相完善3nm芯片的生产设施 ， 但由于今年新型冠状肺炎病毒的爆发 ， 双方的完善进度亦受到了影响 。 据悉 ， 三星3nm芯片的量产计划也将从2021年推迟到2022年 。 一、台积电5nm芯片每平方毫米晶体管数量达1.713亿
作为全球最大的独立代工企业 ， 台积电的客户覆盖了苹果、高通和华为等众多重要芯片及移动终端厂商 。 但无论为哪家客户提供芯片代工服务 ， 工艺中都有一个不变的原则——芯片晶体管越多 ， 其功率和能效就越高 。
简单地说 ， 芯片代工厂所使用的工艺节点与特定面积内（如平方毫米）的晶体管数量有关 。
例如 ， 当前使用7nm工艺生产的芯片 ， 包括苹果A13、高通骁龙865和华为麒麟990 ， 它们的晶体管密度约为每平方毫米1亿个晶体管 。 其中 ， 苹果公司可在每颗A13芯片中填充85亿个晶体管 。
而台积电的5nm芯片晶体管密度为每平方毫米1.713亿个晶体管 ， 这将使苹果的5nm芯片A14Bionic能够拥有150亿个晶体管 ， 性能提升10%-15% ， 能耗降低25%-30% 。
实际上 ， 晶体管对芯片性能的影响与摩尔定律有关 。 这是英特尔创始人之一戈登?摩尔在上世纪60年代提出的理论 ， 他认为集成电路上可容纳的晶体管数量 ， 每隔18至24个月就会增加一倍 ， 性能也将提升一倍 。
近年来 ， 随着制程工艺技术逐渐接近物理天花板 ， 也出现了“摩尔定律已死”的观点 。 但目前看来 ， 这一定律仍在极其缓慢地发展中 。
智东西▲每平方毫米近3亿个晶体管！台积电3nm工艺挑战摩尔定律
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二、三星GAA工艺或领先台积电一年
在3nm制程领域 ， 台积电和三星的3nm工艺分别采取了不同的方法 。
【智东西▲每平方毫米近3亿个晶体管！台积电3nm工艺挑战摩尔定律】台积电使用的是FinFET（FinField-EffectTransistor ， 鳍式场效晶体管）工艺 ， 该工艺有助于控制电路中电流和电压的流动 。
三星则使用了GAAMCFET（多桥通道FET）工艺 ， 能够让晶体管更小、性能更强 ， 同时该工艺生产的3nm芯片与7nm相比 ， 性能将提升35% ， 功耗降低50% 。
有业内咨询师认为 ， 三星在GAA工艺方面可能将领先台积电一年 ， 而英特尔可能比三星落后两到三年 。
“GAA将标志着我们代工业务的一个新时代 。 ”三星负责代工市场营销的副总裁RyanLee谈到 。
目前看来 ， 在3nm制程之前 ， 今年晚些时候将会有基于5nm制程芯片的设备发布 。
在一切按计划进行的前提下 ， 今年的苹果iPhone12系列将是第一批使用5nm芯片的智能手机 ， 该设备将于9月至11月期间发布 。 而首款搭载5nm芯片的安卓手机将是华为Mate40系列 。


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