誰說摩爾定律失效！10nm軍備競賽打響，但良率仍是難題

康嘉林

隨著高通驍龍835、聯(lián)發(fā)科X30等旗艦處理器登場，各個廠商早已摩拳擦掌，開始進入10nm競賽，2017年將或許是智能手機處理器競爭最激烈的一年。

在業(yè)界看來，芯片廠商之所以如此積極采用10nm工藝，有著技術(shù)上的迫切需求。因為先進的工藝是降低產(chǎn)品功耗、縮小尺寸的重要手段，這可以讓高端芯片更輕薄省電，將有助于提升手機廠商的產(chǎn)品均價與競爭力。國家知識產(chǎn)權(quán)局知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展研究中心研究員王雷在接受《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）記者采訪時表示：“市場對于目前智能手機有旺盛的提高續(xù)航時間，以及新VR應(yīng)用的性能的需求，所以手機芯片進入10nm制程技術(shù)競爭是目前的大勢所趨。”

工藝迭代本質(zhì)

在描述手機芯片性能的時候，納米數(shù)是最常見的敘述詞，從20nm、14nm、10nm，它們的迭代的本質(zhì)是什么？

芯片市場上，一款芯片制程工藝的具體數(shù)值是衡量手機性能的關(guān)鍵指標，制程工藝的每一次提升，帶來的都是性能的增強和功耗的降低，得益于摩爾定律，迭代至今，比拇指還小的芯片里集成了上億個晶體管。具體來說，納米數(shù)如何計算和得出，要從芯片的組成單位晶體管說起。

晶體管結(jié)構(gòu)中，電流從源極流入漏級，柵極相當于閘門，主要負責(zé)控制兩端源極和漏級的通斷。電流會損耗，而柵極的寬度則決定了電流通過時的損耗，表現(xiàn)出來就是手機常見的發(fā)熱和功耗。寬度越窄，功耗越低，而柵極的最小寬度則稱為柵長，也就是納米數(shù)。而對于芯片制造商而言，主要就要不斷升級技術(shù)，力求柵極寬度越窄越好。

核戰(zhàn)無意義 制程見真章

一直以來，芯片的演進從表面來看，更多體現(xiàn)在了核心數(shù)的刷新上。其實影響CPU性能的因素有眾多方面，包括采用何種架構(gòu)、主頻數(shù)字、制程等。從單核到八核，單純將核心數(shù)作為核心參數(shù)的想法，已經(jīng)被證明是非常片面的。以四核心與八核心對比為例，單個核心的品質(zhì)將部分決定CPU的最終表現(xiàn)，不過從結(jié)構(gòu)上來看，八核心卻并不是簡單地將四核心進行累加，而是需要重新設(shè)計架構(gòu)，力求實現(xiàn)核心間的協(xié)同共存。因此，八核CPU的性能未必就能超越四核CPU。

業(yè)界逐漸達成共識，堆積下的“核戰(zhàn)”已無實際意義，切合用戶需求才是根本，尋求平衡已是廠商突破的方向。例如驍龍820/821都是四核設(shè)計，而驍龍835回到八核，Qualcomm產(chǎn)品市場高級總監(jiān)張云對《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）記者表示，高通認為，核數(shù)并不重要。但有一點，在很多低負載應(yīng)用的情況下，小核起到的作用相當大。因為手機在日常使用中，玩游戲或使用高負載應(yīng)用的情況并不會一直都很多。為了在低負載的時候把功耗降下來，高通多做了效率叢集的設(shè)計，希望能在整體性能與功耗之間做得更平衡一些。

由此，智能手機芯片的推進方向之一被集中到了制程工藝上。10nm制程技術(shù)作為當下最新芯片采用的主流技術(shù)，被認為是2017年全球智能手機芯片最大的賣點。2017年4月，三星Galaxy S8率先采用10nm芯片，搭載包括驍龍835、Exynos 8895兩款三星工藝旗艦級芯片，跑分也創(chuàng)下新高，公開數(shù)據(jù)顯示，采用10nm制程的驍龍835，在集成了超過30億個晶體管的情況下，體積比驍龍820小35%，整體功耗降低40%，性能暴漲27%。從應(yīng)用上來看，驍龍835實現(xiàn)了視覺質(zhì)量、聲音質(zhì)量和直觀交互的性能提升，包括高達25%的3D圖形渲染性能提升，還包括六自由度（6DoF）VR/AR運動追蹤。通過這些技術(shù)，驍龍835可以為用戶帶來極強的沉浸式體驗，讓VR的需求可以進一步滿足。

綜合看來，10nm與之前的14nm、16nm相比較，意義主要在于縮小體積、增強性能、降低功耗，對于搭載的手機而言，直接帶來的變化就在于處理效率更高、續(xù)航更加出色和尺寸更為纖薄，同時也使得在有限的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)聚合和駕馭更多的功能模塊，增加可玩性。

良率難題

對于芯片制造商而言，趨向技術(shù)升級，你追我趕的游戲從未停止。宣稱要在今年量產(chǎn)10nm的半導(dǎo)體晶圓代工廠有臺積電、三星和英特爾。不過令人震驚的是，臺積電、三星兩廠都曝出了10nm制程良率不佳的消息，近日，有國外媒體爆料稱英特爾在10nm量產(chǎn)的過程中也遭遇了良率不佳的問題。準備在2017年采用10nm工藝的廠商不勝枚舉，海思麒麟、高通驍龍、聯(lián)發(fā)科等高端科技廠商都將使用10nm工藝，一旦良率不佳，將會導(dǎo)致CPU大面積缺貨，產(chǎn)能受限問題或引發(fā)行業(yè)震動。

一位業(yè)內(nèi)人士對《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）記者表示，良率不佳的主要原因在于深紫外光刻機已經(jīng)難以滿足10nm工藝的制造，過多次數(shù)的曝光以及刻蝕會讓產(chǎn)品的良率難以控制，而未來的極紫外光刻機尚未能夠投入到半導(dǎo)體的制造中。

10nm所碰到的難題不是偶然現(xiàn)象，產(chǎn)品的演進與迭代是否速度過快，欲速則不達，是業(yè)界要考量的關(guān)鍵所在。王雷表示，為了實現(xiàn)10nm水平的芯片制造，芯片的材料，金屬柵極、刻蝕介電覆蓋層、刻蝕、封裝、測試都研發(fā)了大量技術(shù)，并產(chǎn)生大量專利，這些專利都已經(jīng)有幾年的歷史，并不是剛剛提出的新技術(shù)。從技術(shù)原理來講，10nm乃至未來的7nm都是沒有問題的，現(xiàn)在主要是在工藝層面，提高良品率，降低成本價格。這在每一次CPU進程的推進中都是正?，F(xiàn)象，但從三星電池爆炸事件中，也提醒產(chǎn)業(yè)界，面對市場需求如果盲目追求速度忽略產(chǎn)品成熟度可能導(dǎo)致未來產(chǎn)品產(chǎn)生大面積問題。

中國大陸缺“芯”問題待解

在手機芯片領(lǐng)域，高通的領(lǐng)導(dǎo)者地位已持續(xù)多年，當然，與其背后的研發(fā)與創(chuàng)新有著必然聯(lián)系，但隨著智能手機市場的越發(fā)動蕩和上游原材料緊缺的局面，芯片市場陸續(xù)涌入了不少新玩家，對高通的影響也與日俱增。

老對手聯(lián)發(fā)科從來沒有放棄蠶食高通的市場份額，2016年，聯(lián)發(fā)科憑借Helio P10、X20、X25搶占低端市場，取得不俗的戰(zhàn)績。聯(lián)發(fā)科也一直希望“插手”被高通占據(jù)的高端芯片市場。在MWC 2017上聯(lián)發(fā)科推出的Helio X30芯片也宣布引入臺積電的10nm工藝，雖然在時間上相對較晚，但聯(lián)發(fā)科的成本優(yōu)勢依然是眾多國產(chǎn)手機品牌看重的地方。據(jù)聯(lián)發(fā)科表示，Helio X30已經(jīng)投入量產(chǎn)，相關(guān)終端將在今年第二季度面世。雖然行業(yè)中良率傳言不斷，但也說明聯(lián)發(fā)科與高通一直“掰手腕”。尤其是在OPPO、vivo兩家去年的高速增長下，如果可以依舊形成去年的布局情況，聯(lián)發(fā)科必然會與高通爭搶更多訂單。

遺憾的是，從目前的動向而言，我國大陸芯片廠商目前還沒有10nm的相關(guān)產(chǎn)品問世，海思麒麟970由于華為自身處理器研發(fā)周期問題，應(yīng)該會相對較晚投入量產(chǎn)，但麒麟芯片目前只用于華為自身旗艦系列，所以時間并不是問題。從華為終端的戰(zhàn)略部署來看，海思麒麟用在高端產(chǎn)品目的是為了保證利潤，而隨著華為對利潤的更高追求，其必然會加大對自主芯片的使用，這對高通的影響不言而喻，但前提是華為需要加強海思麒麟的量產(chǎn)能力。

2017年伊始，國產(chǎn)手機漲價之說不脛而走，一直以來過于依賴進口芯片的現(xiàn)狀折射出我國大陸的“少芯”之痛，也更考驗著廠商供應(yīng)鏈管理能力。王雷認為，在器件芯片方面，一直是我國的薄弱點，希望廠商能進一步整合能力，如同國產(chǎn)手機的電池技術(shù)一樣實現(xiàn)突破。

要改變尷尬的現(xiàn)狀，國產(chǎn)手機亟待打破國外廠商的壟斷，提高核心競爭力成為當務(wù)之急。國產(chǎn)手機技術(shù)能力的突破，供應(yīng)鏈的把控，以及對全球資源的整合能力等，都需要廠商逐步積累。而國產(chǎn)手機在追趕三星和蘋果的過程中，還有不少短板要補，要進一步搶占他們的市場份額，國內(nèi)廠商還需要在“質(zhì)價比”上多下功夫，從多個方面去提升產(chǎn)品的質(zhì)價比。2017年，國產(chǎn)手機市場集中度將進一步提高，只有提升自身核心競爭力方能擴大競爭優(yōu)勢。

針對芯片這一領(lǐng)域，可以預(yù)測，未來國產(chǎn)手機廠商打造自主手機芯片或是大勢所趨。與其受制于人，不如自給自足，一方面可以提升話語權(quán)，再同國際大廠簽署專利授權(quán)協(xié)議，話語權(quán)必然不會同日而語。另一方面，也是完善自身產(chǎn)業(yè)鏈的機會與挑戰(zhàn)，提升議價能力、提升盈利水平，充分擺脫對進口芯片的過分依賴，打出自身口碑，更可以間接提升品牌價值。

在性價比成為常態(tài)之下，國產(chǎn)手機廠商的整機配套制造能力必須更進一步，單一制造的結(jié)果必將是淘汰，手機品牌融合工廠式設(shè)計才能更好地生存下去。