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发布采购

芯片领域战火升级,5nm芯片战争即将打响

日期:2020-9-12 标签:芯片 类别: 阅读:3833 (来源:互联网)

进入2020年第三季度,台积电5nm芯片开始大规模量产,该产能也成为了众IC设计大厂争夺的目标。据悉,高通、AMD、联发科、NXP等客户纷纷加速转向5nm制程工艺,而且,后续5nm订单还在不断涌入台积电,因此,该公司还在不断扩充5nm产能,目前的产能是6万片晶圆/月,南科工业园的Fab 18工厂P3工程将于今年第四季度量产,明年第二季度P4工程还会进一步增加约1.7万片晶圆/月。据悉,随着这些工厂的扩产,台积电的5nm产能将从目前的6万片晶圆/月,提升到接近11万片/月。

而作为台积电唯一的对手,三星的5nm量产步伐有些滞后。为了加快追赶的脚步,三星今年在5nm产能建设方面又有新动作。今年2月,三星宣布华城厂的7nm产线开始量产,且同样在该厂的5nm产线预计今年下半年投产。

就在台积电宣布投资120亿美元赴美设厂后不久,5月21日,三星宣布位于首尔近郊京畿道平泽市的全新12吋晶圆厂已经动工,预计2021下半年投产,将是运用EUV设备的5nm制程产线。

本周,韩国媒体ZDNetKorea报道称,三星电子今年底将开始量产采用5nm制程的新一代手机应用处理器(AP)产品,除了用5nm制程制造应用处理器外,三星电子也将采用5nm制程量产手机调制解调器(基带)芯片。

报道指出,三星电子将用5nm制程量产高通的骁龙875,以及5G基带芯片骁龙X60,另外,还有三星自家的处理器Exynos 1000等产品。如果三星电子能按计划从今年下半年开始大规模生产5nm制程芯片,将可以进一步缩小与台积电的技术差距。

你争我夺

实际上,高通的先进制程AD582KD芯片一直在台积电和三星这两家产线之间择优选用,以骁龙875和骁龙X60为例,今年早些时候有消息显示,高通的5G芯片订单,特别是基带芯片X60,除了由台积电代工之外,还有一部分交由三星生产。

按照惯例,高通将会在今年12月发布旗下最新的旗舰手机处理器骁龙875。作为高通主要面向明年安卓旗舰机型推出的处理器产品,骁龙875将会基于5nm制程工艺。今年早些时候,91Mobiles率先曝光了这款处理器的详细信息。骁龙875将会和骁龙X60 5G基带芯片,以及新的射频系统搭配,骁龙875处理器在高通内部的开发代号为SM8350。

爆料指出,骁龙875处理器将会拥有基于ARM v8 Cortex架构的Kryo 685 CPU,但目前还不能确定骁龙875采用公版架构还是会进行修改;支持毫米波以及sub-6GHz 5G网络;拥有Adreno 660 GPU、Adreno 665 VPU(视频处理单元)、Adreno 1095 DPU(分散处理单元)、高通安全处理单元(SPU250)、Spectra 580图像处理引擎、骁龙传感器核心技术、升级的Hexagon DSP、四通道LPDDR5、WCD9380和WCD9385音频编解码器。

除了高通订单之外,三星自家的Exynos 1000也会采用5nm制程,据悉,该手机处理器采用了RDNA GPU技术,RDNA GPU技术是去年6月AMD授权给三星的,用以取代现有的Maili GPU。

再有,今年4月,谷歌宣布与三星合作打造自研芯片,据外媒报道,谷歌自研的SoC已经流片,将有望在Pixel系列手机上使用。这颗芯片代号叫“Whitechapel”,搭载的是8核CPU,采用三星5nm制程工艺。

与三星的5nm订单相比,台积电丰富得多,目前,除了华为海思之外,约有7个客户在排队等候台积电的5nm产能,包括苹果、高通、AMD、英伟达、联发科、英特尔、比特大陆。下面来看一下这些即将出炉的5nm芯片情况。

首先,海思的麒麟9000是台积电为华为赶制的5nm芯片,将用于下个月发布的Mate40手机。考虑到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高达103亿个晶体管,麒麟9000使用5nm工艺,其每平方毫米可能有多达1.713亿个晶体管。该芯片可能会采用Cortex A77架构,性能表现上将比麒麟990系列至少快30%,同时也更加省电。

苹果是台积电最大客户,据悉,该公司基于5nm的A14处理器,除了拥有更多的晶体管和更高的峰值时钟速率外,苹果还在架构上进行了改进,预计其单核性能会提升不少。

相较于单核性能,A14的多核性能存在更多变数。首先是因为制程工艺的升级,晶体管密度能够大幅提升,苹果或许会增加第三个大核,或者大幅改进小核心的性能,来提升多线程性能。

图形性能上,A13处理器相较于A12有跳跃式提升,在3DMark Sling Shot Extreme Unlimited测试中,从A12的4000分左右直接跳到了6500分左右。而对于A14处理器的图形性能,根据趋势曲线估计会在7000分左右。但是,MacWorld表示除非出现了新的性能瓶颈,否则A14图形性能将可能超过9500分。

MacWorld认为,得益于升级的5nm制程工艺,苹果将会增加Neural Engine内核,并且可能进行架构升级,以带来更好的神经引擎性能升级。

今年3月,AMD公布了GPU发展路线图,不仅包含了去年夏天发布的Radeon RX 5700 XT RDNA,还阐述了RDNA 2和RDNA 3。其中,RDNA 3在功能方面能够得到的消息还比较少,但从整体目标来看,AMD仍然希望能够持续提高每瓦功率性能,功耗仍然是GPU总体性能的瓶颈,而更先进的制程工艺有助于提升功率效率。鉴于即将发布的RDNA 2可能不再局限于台积电的EUV 7nm+工艺,那么RDNA 3可能会采用台积电6nm或者5nm工艺。

另外,有消息称,英伟达下一代Hopper GPU已经预订了台积电的5nm制程。AMD积极采用7nm制程的做法使英伟达感受到了压力,作为应对方案,他们已经为Hopper GPU预订了台积电2021年的5nm产能。

此外,联发科的D2000也将在第四季度开始在台积电5nm产线投片,而英特尔自研的Xe架构GPU也很有可能于明年通过台积电的6nm或5nm制程生产。

3D封装跟进

5nm不仅对晶圆加工设备提出了很高要求,相应芯片生产出来以后,后续的封装水平也必须能够满足越来越高的要求。因此,无论是三星,还是台积电,都陆续推出了3D封装工艺,以应对5nm,以及之后的4nm、3nm客户要求。

近期,三星公布了自家的3D封装技术,名为X-Cube,可用于7nm及5 nm制程。据悉,“X-Cube”取自英文eXtended-Cube 的缩写。

X-Cube利用TSV 硅穿孔封装,可让多个芯片进行堆叠,制造出单一的逻辑芯片。三星在7nm制程的测试过程中,成功利用TSV 技术将SRAM 堆叠在逻辑芯片顶部,这也使得在电路板的配置上,可在更小的面积上装载更多的存储单元。该3D封装技术的优点还包含芯片间的信号传递距离更短,以及将数据传送、能量效率提升到更高水平。

三星称,X-Cube可让芯片工程师在进行客制化解决方案的过程中,能享有更多弹性,也更贴近他们的特殊需求。

三星表示,X-Cube已经在其自家的7nm和5nm制程上通过验证,计划和IC设计客户继续合作,推进3D封装工艺在下一代高性能应用中的部署。

台积电方面,几年前就推出了2.5D封装技术CoWoS,之后也陆续发布了3D封装技术。本周,该公司推出了一种晶圆级系统集成平台技术。

该技术平台包含了CoWoS和InFo这两种封装技术。据悉,该技术已经被广泛应用到智能手机、数据中心、人工智能训练等上百种产品上。在这个平台上,还有一个比较新,更具弹性的SoIC 3D堆叠技术,如F2F、F2B,CoW、WoW、LoL,以及LOM等。在芯片制造的前道工序实现。通过这项技术,能够实现芯片之间更紧密的连接。

与此同时,台积电发布了全新的3D Fabric,它将SoIC、InFO、CoWoS等3D IC平台整合在了一起,这是代表台积电最先进的系统级晶圆集成平台。这一新的命名能简单表达制程整合的次序。例如前道整合,分别展现了芯片堆叠在晶圆、或者晶圆堆叠在晶圆上面。

结语

5nm制程工艺量产已经铺开,随着推进脚步的加快,无论是甲方,还是乙方,在接下来的一年时间内,预估对相应产能的争夺将趋于白热化。