关于芯片制程工艺的说明,兼论项立刚“芯片制程高速迭代很可能是一个骗局”
项立刚先生说的“芯片制程高速迭代很可能是一个骗局”,只能说是说对了一半。芯片制程在2016年以来确实在不断迭代,有的年份迭代又相当快,总的来说近8年来进步相当明显,在这一点上项立刚先生说的不对。但项立刚先生在内容中说的“7nm、5nm、3nm、1nm”确实属于芯片制造商(包含IDM和Febless们)宣传造假,而且他们的技术进步确实也在明显放缓。
首先,说一下宣传造假。其实很多人都说过了,行28nm/32nm这一代开始,各大芯片制造商,特别是TSMC(以下称台积电)和Samsung(以下称三星)因为商业因素,不再将工艺和标准化的晶体管密度完全挂钩,比如台积电N6工艺最高晶体管密度114.2MTx/mm2(以下不再写单位),等效标准化9.4nm,但台积电官方宣传6nm。
其次,说一下技术进步,按照项立刚先生的2016年开始说吧,以下数据均来自互联网。作者君已经被搞得昏头转向,可能有小错误,理解万岁吧。
2016年,台积电N16工艺(代表作麒麟960)最高晶体管密度28.2;三星14LPP(代表作骁龙820、821)密度32.9;英特尔14nm(代表作i7-6700)密度37.5。
2017年,台积电N10工艺(代表作麒麟970)最高晶体管密度60.3,提升113.8%;三星10LPP(代表作骁龙835、845)密度51.8,提升57.4%,落后台积电;英特尔14nm(代表作i7-7700)密度不变,落后台积电、三星。
2018年,台积电N7工艺(代表作麒麟980、骁龙855)最高晶体管密度95.3,提升58%;三星8LPP(代表作猎户座9820)密度61.2,提升18.1%,落后台积电;英特尔改进14nm+,具体数据未公开。
2019年,台积电N7+工艺(换EUV,代表作麒麟990)最高晶体管密度113.9,提升19.5%;三星7LPP(换EUV,代表作猎户座990)密度95.3,落后台积电一代;英特尔数据未公开。
2020年,台积电N5工艺(代表作麒麟9000)最高晶体管密度171.3,提升50.4%;三星5LPE(代表作骁龙888)密度126.7,落后台积电一代半;英特尔10nm(代表作i7-1068NG7)密度100.8,持续落后台积电2代,三星1代。
2021年,台积电N5P工艺(代表作天玑9000)最高晶体管密度未公开;三星4LPE(代表作骁龙8寄1)密度145.8,落后台积电一代半;英特尔将10nm更名Intel 7工艺,并进行改进,是否提升晶体管密度未公开。
2022年,台积电N4P工艺(代表作骁龙8gen2)最高晶体管密度181.9,与2020年的N5相比提升6%;三星4LPP密度未公开;英特尔未提升。
2023年,台积电N3工艺(目前只有A17pro)未公开,但A17pro晶体管密度比A15(使用台积电N5工艺)提升约33%,可以推算苹果使用的N3工艺晶体管密度约为227.8,比2022年提升25.2%;三星SF3未大规模铺货,根据公开稿相比4LPP提升26.6%,假设4LPP等于4LPE,则SF3密度为185.8,落后台积电一代,只能说不愧是三星,用了最新的GAA工艺,还是打不过台积电的Finfet工艺;英特尔Intel 4工艺10月份刚开始量产,据称相比Intel 7工艺高性能逻辑库数量缩减2倍,刨除语病,应该是指缩减50%,也就是晶体管密度提升100%,约为201.6,超越三星,逼近台积电。
从上面的数据来看,以台积电为例,2023年最高晶体管密度是2016年的8倍,迭代速度喜人。但从微观来看,2020年以来仅提升33%,基本已逼近极限。与此同时,先进工艺的成本却在不断上涨,根据知乎“IC修真院”的说法,即使是最便宜的ASIC芯片,180nm的流片成本大概是50万元,55nm的成本在200万元,16nm成本就飙升到了3000万 - 5000万元,到了7nm最低也要过亿,这与摩尔定律的“成本下降”原则已经严重脱钩。
回过头来,根据B站大佬Kurnal的麒麟9000s分析报告(含dieshot),麒麟9000s的最大晶体管密度达119.61,不过考虑到芯片实际密度不等于制程最高密度,乐观估计麒麟9000s采用工艺的晶体管密度应该和三星5LPE差不多,略强于台积电N7+,也高于中芯国际N+2工艺的113.6,这还是用1980i这种低端光刻机搞出来的,如果能用更新更强的光刻机,应该还能再提升。
顺便一说,台积电变“美积电”后,芯片制程居然被甩开两代的英特尔赶上了,要说没猫腻,我不信。