TechInsights：關(guān)于納米的謊言

許多人偶爾會謊報自己的年齡或體重，但若公司出現(xiàn)了謊報行為，則可視為虛假廣告或至少構(gòu)成了品牌稀釋。最近的半導(dǎo)體市場就出現(xiàn)了這種情況，當(dāng)時，兩家領(lǐng)先的代工廠都放任客戶聲稱他們采用了4納米工藝，而實際使用的卻仍是5納米技術(shù)。這種情況讓雙方均形象受損，尤其是代工廠。而這背后，也意味著晶體管發(fā)展的緩慢。

這個問題最初始于三星。在與臺積電下一個節(jié)點的長期競爭中，三星在交付5納米芯片的一年后宣布將于2021年底交付生產(chǎn)4納米芯片。如圖1所示，臺積電計劃在5納米和4納米節(jié)點之間用兩年時間，在2022年第2季度交付后者。為避免給三星耀武揚威的機會，臺積電決定將其N4節(jié)點的進(jìn)度“拉快”兩個季度，以恰巧趕上競爭對手（參見MPR，“認(rèn)為3納米芯片值得等待的人數(shù)減少”）。首個（也是迄今為止唯一一個）使用N4的芯片是聯(lián)發(fā)科的天璣9000。

圖1：經(jīng)修訂的鑄造工藝路線圖。臺積電聲稱已交付了2021年末生產(chǎn)的4納米節(jié)點目標(biāo)，只是當(dāng)時誤標(biāo)為5納米技術(shù)而已。

臺積電可以突然從其通常嚴(yán)格而耗時的生產(chǎn)認(rèn)證周期中足足擠出六個月的時間，對于這一點，我們本就應(yīng)該感到懷疑。但是，當(dāng)TechInsights分析天璣9000并發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵工藝尺寸與臺積電早期N5產(chǎn)品完全相同時，情況就不妙了（參見MPR，“Plus尺寸現(xiàn)可提供尺寸9000”）。該代工廠聲稱的4納米產(chǎn)品是虛假的，正如聯(lián)發(fā)科技聲稱擁有4納米處理器一樣。

與此同時，在一個“遙遠(yuǎn)的星系”……
與此同時，三星的智能手機部門正準(zhǔn)備推出Galaxy S22，并注意到該公司自有的Exynos 2200采用4納米技術(shù)制造，但高通的驍龍8 Gen 1（出現(xiàn)在一些S22型號內(nèi)）采用5納米技術(shù)制造。為避免客戶對一種處理器（較于另一種處理器）的渴望，兩家公司決定將8 Gen 1作為4納米部件推出。因為三星生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品，所以它創(chuàng)造了一種稱為4LPX的新工藝，像N4一樣，只為一種產(chǎn)品服務(wù)。在分析了驍龍芯片后，TechInsights發(fā)現(xiàn)4LPX在物理上與5LPE沒有什么不同。

諷刺的是，唯一使用真正4納米技術(shù)的產(chǎn)品比假冒的4納米產(chǎn)品表現(xiàn)更差。三星在將其4LPE工藝投入生產(chǎn)方面過于冒進(jìn)，導(dǎo)致Exynos 2200高缺陷率和低能效——特別是在其新的圖形引擎中（參見MPR， “Exynos 2200 首次搭載 AMD GPU”）。由于Exynos芯片供應(yīng)有限，該手機制造商在大多數(shù)Galaxy S22型號中安裝了驍龍?zhí)幚砥鳌?/p>

這些生產(chǎn)困境進(jìn)一步促使高通放棄，轉(zhuǎn)而針對臺積電更新版的N4P創(chuàng)造了一種新版本的旗艦處理器，稱為驍龍8+ Gen 1，我們認(rèn)為這才是真正的4納米技術(shù)。新版驍龍是首個公開的N4P產(chǎn)品，不過我們預(yù)計蘋果的A16也會使用N4P。這兩種芯片都已經(jīng)投產(chǎn)，并將在9月份左右應(yīng)用于手機。

臺積電通常會給蘋果一到兩個季度的獨家使用權(quán)來使用其最新的制造技術(shù)?？吹礁咄ǔ霈F(xiàn)在首批客戶名單上令人驚訝，尤其是考慮到其基于驍龍的智能手機與蘋果的iPhones直接全面競爭。臺積電顯然愿意打破蘋果的獨家地位，以便從三星手里奪取一項主要設(shè)計。（高通在許多其他產(chǎn)品上使用臺積電，但過去幾款旗艦處理器都是基于三星產(chǎn)品制造的。）

真相很難面對
為什么代工廠突然虛報其晶體管進(jìn)展情況？這比承認(rèn)進(jìn)展疲軟要容易得多。假冒的4納米工藝和“真正”4納米工藝之間的區(qū)別僅僅在于5%的光學(xué)收縮（10%的面積縮減）。即使是這小小的進(jìn)步也打破了三星的產(chǎn)量模型，臺積電花了兩年時間才完成。兩家代工廠預(yù)計明年將實現(xiàn)3納米量產(chǎn)，而盡管他們在4納米工藝方面奮力掙扎，卻未能激發(fā)多少信心。

考慮到節(jié)點之間的間隔時間較長，代工廠可能會在等待下一個節(jié)點的同時提高速度、功率或產(chǎn)量（最終達(dá)到相同的效果）。例如，雖然4LPX與5LPE具有相同的尺寸，但前者可能會提供一些其他優(yōu)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(yīng)采用5LPX，以表明該工藝仍然屬于5nm節(jié)點的范疇。大多數(shù)人用5nm或4nm的簡寫來代替完整的工藝名稱，所以數(shù)字還是很重要的。

盡管偽造新節(jié)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納米里程碑并放任客戶大肆宣傳，會稀釋代工廠品牌的價值。如果4納米不是真正的4納米，那么節(jié)點名稱還有意義嗎？如果可以重新命名一個較舊的工藝，為什么要為4納米技術(shù)承擔(dān)額外的成本呢？

一段時間以來，代工廠沒有在節(jié)點數(shù)量和晶體管密度之間保持嚴(yán)格的相關(guān)性（參見MPR，“社論： 納米狂熱”）。但至少當(dāng)他們在名稱中采用一個更小的納米數(shù)字時，就表明其已取得了一些密度方面的進(jìn)步。公然將一個5納米工藝重新標(biāo)記為4納米，則抹殺了節(jié)點編號的最后一絲意義。所以，當(dāng)某個代工廠宣稱其已達(dá)到下一個新水平的時候，直到拆機確認(rèn)前，請切勿輕信。同樣的道理也適用于那些吹噓自己實現(xiàn)新制造技術(shù)的芯片供應(yīng)商。隨著摩爾定律磕磕絆絆走到盡頭，最后留給我們的唯有謊言、該死的謊言以及那些毫無意義的節(jié)點名。