與之前的5nm相比，新一代的4nm制程工藝降低了45%的功耗

許多人偶爾會謊報自己的年齡或體重，這可能并不是什么大問題。但是，如果企業(yè)出現(xiàn)了類似的謊報行為，則可視為虛假廣告，是在欺騙用戶。據(jù)芯智訊收到的一份據(jù)稱半導(dǎo)體研究機構(gòu)TechInsights的報告(我們沒有購買TechInsights的會員，因此無法進一步查證)，現(xiàn)在的半導(dǎo)體市場就出現(xiàn)了這種“謊報”的行為，兩家領(lǐng)先的代工廠都放任客戶聲稱他們采用了4nm工藝，而實際使用的卻仍是5nm技術(shù)。這種情況讓雙方均形象受損，尤其是代工廠。這背后，也意味著晶體管微縮技術(shù)發(fā)展的放緩。報告稱，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5nm芯片的一年后，宣布將于2021年底交付生產(chǎn)4nm芯片。如圖1所示，臺積電計劃在5nm和4nm節(jié)點之間用兩年時間，在2022年第2季度交付4nm。為了避免給三星“耀武揚威”的機會，臺積電決定將其N4(4nm)節(jié)點的進度“拉快”兩個季度，以恰巧趕上競爭對手。首個使用臺積電N4工藝的芯片是聯(lián)發(fā)科的天璣9000系列。臺積電可以突然從其通常嚴格而耗時的生產(chǎn)認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。

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。顯然，臺積電聲稱的4nm產(chǎn)品是虛假的，正如聯(lián)發(fā)科技聲稱擁有4nm處理器一樣。與此同時，三星的智能手機部門正準(zhǔn)備推出Galaxy S22，該機型部分搭載了三星自有的Exynos 2200處理器，宣稱采用4nm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))采用的是5nm技術(shù)制造。為避免客戶對一種處理器(較于另一種處理器)在制程工藝上領(lǐng)先的渴望，兩家公司決定將8 Gen 1作為4nm芯片推出。

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，但只為一種產(chǎn)品服務(wù)。TechInsights在分析了驍龍芯片后，發(fā)現(xiàn)三星4LPX工藝在物理上與其5LPE工藝并沒有什么不同。但頗為諷刺的是，唯一使用真正4nm技術(shù)的產(chǎn)品比假冒的4nm產(chǎn)品表現(xiàn)更差。因為，三星在將其4LPE工藝投入生產(chǎn)方面過于冒進，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。

由于Exynos芯片供應(yīng)有限，三星電子在大多數(shù)Galaxy S22型號采用了高通驍龍8 Gen 1 處理器。這些生產(chǎn)困境進一步促使高通轉(zhuǎn)向采用臺積電N4P工藝代工其新一代的旗艦處理器驍龍8+ Gen 1。TechInsights認為，臺積電N4P才是真正的4nm技術(shù)。驍龍8+ Gen 1是首個公開的臺積電N4P工藝產(chǎn)品，預(yù)計蘋果A16也將會使用N4P代工。這兩種芯片都已經(jīng)投產(chǎn)，蘋果A16并將在9月份左右應(yīng)用于新一代的iPhone 14系列手機。

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。

在芯片的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，有三個主要環(huán)節(jié)，分別是設(shè)計、制造、封測。

以前的芯片企業(yè)，需要自己搞定這三個環(huán)節(jié)。但現(xiàn)在眾多的芯片企業(yè)，均只負責(zé)中間的一個環(huán)節(jié)，大家分工合作。

比如蘋果設(shè)計芯片，臺積電制造芯片，長電科技封測芯片，大家分工合作。

由于是分工合作的，所以廠商們競爭就非常激烈，誰的技術(shù)最牛，誰的訂單就不斷。

比如制造方面，臺積電最牛，所以它一家就拿下了全球55%+的代工訂單。

而在封測上面，臺灣省的日月光最牛，所以它全球第一家，一家就拿下了全球30%左右的封測訂單，關(guān)鍵是日月光的很多技術(shù)非常領(lǐng)先。

不過好在，中國大陸的封測企業(yè)，也是相當(dāng)爭氣的。全球Top10的封測企業(yè)中，中國有3家上榜，分別是長電科技，通富微電、華天科技，分別位列全球第3、5、6名。

從技術(shù)上來看，大家相差不是特別遠，去年的時候，三家廠商就表示，已經(jīng)能夠封測5nm的芯片，與全球頂尖水平基本一致。

而近日，長電科技在自己的官微上發(fā)文表示，公司在先進封測技術(shù)領(lǐng)域又取得新的突破，已經(jīng)實現(xiàn)4納米(nm)工藝制程手機芯片的封裝，以及CPU、GPU和射頻芯片的集成封裝。

目前三星表示已經(jīng)量產(chǎn)3nm芯片，但3nm芯片還沒有真正的亮相。所以4nm芯片就是最先進的硅節(jié)點技術(shù)，而手機芯片又是4nm芯片中最具代表性的，比如高通驍龍8+、天璣9000等，都是4nm工藝。

所以長電科技表示能夠封測4nm手機芯片，也就意味著其封測技術(shù)達到了最頂尖的水平了?

當(dāng)然，封測達到4nm，大家也不必太高興，畢竟封測是這三個環(huán)節(jié)中門檻最低的，又不是制造達到了4nm，如果制造達到了4nm，那就是真的牛了。

臺積電憑借其先進制程的技術(shù)優(yōu)勢，穩(wěn)坐晶圓代工市場的頭把交椅，而三星作為追隨者這么多年來一直在尋找趕超臺積電的機會。可惜三星最近幾代工藝的問題太多，導(dǎo)致高通都轉(zhuǎn)投臺積電，三星自然不會善罷甘休。

據(jù)外媒報道，三星現(xiàn)在正向晶圓代工先進制程發(fā)起沖鋒，繼在 6 月底宣布 3nm 領(lǐng)先業(yè)界量產(chǎn)后，其4nm 的良品率也已經(jīng)有了顯著提升，并且正在準(zhǔn)備擴大其產(chǎn)能，預(yù)計到今年第四季度每月將會新增 2 萬片產(chǎn)能，準(zhǔn)備在 4nm 制程上上豪擲約 50000 億韓元(約 258 億元人民幣)的投資，以此希望能夠從臺積電手上搶下更多高通、AMD、英偉達等大廠的晶圓代工訂單。

業(yè)界指出，三星晶圓代工產(chǎn)能過往約六成提供自家芯片生產(chǎn)，其余承接委外訂單，今年積極擴產(chǎn)，并擴大承接晶圓代工訂單，將自家芯片產(chǎn)能占比降至五成。研究機構(gòu)估計，三星在先進制程產(chǎn)能規(guī)模上仍僅約臺積電五分之一。

早在6月份，三星電子就已經(jīng)正式官宣，已于韓國的華城工廠大規(guī)模開始量產(chǎn)3nm芯片，與前幾代使用的FinFET的芯片不同，三星使用了GAA晶體管架構(gòu)，能極大改善芯片的功率以及效率。

與之前的5nm相比，新一代的3nm制程工藝降低了45%的功耗，并且性能提升23%的同時減少16%的面積。三星還宣稱，第二代的3nmGAA制造工藝也尚在研發(fā)中，下一代工藝將使芯片的功耗降低50%，性能提升30%并減少35%的面積。三星電子表示，其GAA晶體管芯片將會應(yīng)用于高性能、低功耗的計算領(lǐng)域，并計劃拓展到移動處理器。

三星電子的3nm芯片采用了GAA架構(gòu)通過降低電源電壓和增強驅(qū)動電流的能力來有效提升功率。此外，三星還在高性能智能手機處理器的半導(dǎo)體芯片中也應(yīng)用過納米片晶體管，與納米線技術(shù)相比，前者擁有更寬的通道，以及具備更高的性能和效率。三星的客戶可通過調(diào)整納米片的寬度，來定制自己需要的功耗和性能指標(biāo)。

最直觀的就是在5nm工藝時，采用三星5nm工藝制程打造的驍龍8早早地就翻了車，迫使高通不得不將之后的訂單悉數(shù)交給臺積電，而由臺積電代工的驍龍8+在性能功耗等各個方面都遠超三星5nm工藝的驍龍8。這主要是因為三星的5nm工藝對比臺積電的5nm工藝在晶體管密度這塊就相差了35%。因此，就連英偉達就宣布下一代40系顯卡將采用臺積電的N4工藝打造，不帶三星玩了。

有消息稱，三星旗下的Exynos 2300處理器可能會使用3nm工藝制造，并在明年的Galaxy S23系列上搭載。但也有消息稱，由于三星Exynos 處理器的表現(xiàn)未達預(yù)期，Galaxy S23系列極有能全部采用高通的解決方案。此外，谷歌第三代Tensor芯片也可能采用三星3nm工藝，并在Pixel 8系列上搭載。高通在即將發(fā)布的驍龍 8 Gen2上選擇了臺積電的4nm工藝，可能是真的被三星的5nm工藝坑怕了吧。

此次三星豪擲重金，不知能否在4nm制程工藝上成功搶單臺積電，看來半導(dǎo)體行業(yè)又將風(fēng)起云涌了。