6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的“神笔马良”

哪个小朋友没有幻想过,拥有一支《神笔马良》那样的生花妙笔,将自己的幻想纤毫毕现地还原成现实?

制造芯片的工程师,就是这样的“当代马良”。哦不,他们的任务更加艰巨,需要在日渐缩小的画布(芯片)上,建构起数亿人色彩斑斓的互联网世界。

摩尔提出摩尔定律的时候,电脑还像冰箱那样笨重。而从2013年,移动芯片的需求首次超过了PC芯片,“更轻更薄更大”的智能手机,让半导体厂商不得不开始在“画笔”(晶体管结构)、“画工”(互连技术与工艺控制)上不断自我颠覆,不断逼近摩尔定律的极限值。

2005年英特尔公司才将工艺能力从90nm提升到了65nm,而15年后的今天,10nm甚至7nm制程的集成电路芯片制造技术,已经毫无悬念。

而5G商用的全面到来,再一次对移动芯片的关键技术发出了挑战。但如果EUV光刻设备不能准备好,挑战7nm以下制程就成为一个难以逾越的坎儿。而出乎意料的是,率先打破僵局的不是市面上已经应用7nm工艺的高通、三星、联发科等厂商,而是紫光展锐。

2月26日,紫光展锐发布的新一代5G SoC芯片虎贲T7520,成为全球首个采用6nm EUV制程工艺的智能手机平台。

我们知道,在此之前的高端5G SOC芯片都还停留在7nm制程,而在率先走到6nm节点的紫光展锐,上一代计算产品则是12nm。

这种“越级上位”现象,就引发了我们的好奇。6nm所描绘出的5G会是怎样一番场景,又将给手机芯片发展趋势带来哪些触动?

6nm的“神笔”,能描绘出怎样的5G?

在回答这个问题之前,恐怕有必要先简单解释一下,这只名为EUV的6nm“神笔”,究竟有何不同之处。

摩尔定律下五十年的芯片技术发展,不断推高了人类计算机技术的水平,孕育出了移动互联网的机遇,也带来了新的限制和难题。

早在2012年,楚庆就曾说过,7纳米将成为一道工艺墙,是半导体成本曲线的关键工艺拐点。而直到2018年,大部分采用7nm技术制造厂商的良率都还没有达到理想状态。

既然如此,6nm是怎么实现的?EUV就顺势登场了。

此前的16/14nm甚至7nm时基本上都可以使用同样的制造设备——即五次图形曝光技术(FP)来实现。而要向6nm以下进发,传统工艺就有点扛不住了。

我们知道,芯片制造就像是用乐高积木盖房子,借由一层又一层的堆叠,搭建出一个复杂交错的“立体结构”。越细的刻刀自然能雕刻出更丰富的细节、更清晰的纹理。

在很长一段时间,这个复杂的建构过程,都是由193nm的光源来完成的。但5G芯片的强大功能就要求在更小的面积上集成更多的晶体管,所以波长13.5nm、接近X射线精度的极紫外光EUV就登场了。

EUV的光源只有主流光刻机的十五分之一,能够在硅片上刻下更小的沟道。有人形容,EUV的细致程度,就好像从地球上发出的手电筒光线,精准地照射到一枚月球上的硬币一样。

搞懂了EUV,就能更好地理解6nm制程的展锐5G芯片虎贲T7520,究竟改变了什么。

从实验数据来看,6nm相比7nm产品,晶体管密度提高了18%,功耗降低8%。这对于广大的5G手机用户来说,意味着三重价值:

第一,5G手机性能更高,而成本更低。

据展锐的代工厂台积电反映,6nm对于EUV的使用达到了一个更加成熟的新节点。这意味着良率更高,芯片的价格也更低。

举个简单的例子,光刻机的工作原理,是用光线照射硅片,让未受掩模遮挡部分的光刻胶发生曝光反应,这样才能将石英掩模上的电路图显影到硅片上。生产7nm芯片时,采用的ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP往往需要4次甚至更多的曝光才能完成。而EUV只需要1个光罩、1次曝光就搞定了,可以直接降低大批量生产的成本。

第二,5G手机承载的功能更多,但耗电更少。

nm(纳米)数指的是芯片上集成的晶体管大小,数字越小,单位面积内集成的就越多,彼此之间通信距离变短,功耗自然也就降低了。和手机在远离信号塔的地方总是需要搜寻信号,耗电量增大是一个道理。

这也是为什么,6nm工艺的虎贲T7520,相比上一代7nm芯片功耗降低了8%,可以为手机提供更长的续航时间。

第三,单芯片的多重能力输出。

除了追求更小的纳米数之外,融合也成为手机发展的主旋律,其中既有通讯模块的融合,也有手机功能的融合。一方面,高集成度的SOC能够直接减少芯片尺寸和 PCB的占用面积,降低设计、制造和测试产品的成本;同时,将各个单元组成一个完整的解决方案,意味着5G模块可以真地融入芯片之中,进而解决功耗过高、信号不稳定、安全风险等多重问题。

这一点在虎贲T7520身上就充分地体现了出来,与外挂式5G芯片相比,虎贲T7520功耗优势全面领先。同时还将金融级iSE安全单元集成在SOC中,比外置SE更难攻击定位,因此达到了金融级安全水平。

“神笔马良”眼中的移动AI世界

聊完了艰深的产业技术逻辑,就有必要来谈谈,除了数字变化,6nm EUV究竟能给移动智能世界打开哪些想象力与商业价值。

毕竟,普通人的5G生活不是靠计算器数着比例实现的,而是建立在形形色色的创新万花筒之上。

绘制一个色彩斑斓的移动AI世界,才应该是“神笔马良”的终极选择。

具体到虎贲T7520,有两个可能性或在酝酿之中:

一是强劲算力带来的开发潜力。

今天要在移动终端上完成高性能的AI识别、推理等任务,受限于芯片的体积与处理能力,往往需要上传到云端来完成。这一方面限制了许多应用普及的可能性,比如VR、高精度视频等等;同时也容易因为云到端的过程,导致隐私泄露、数据延迟等一系列隐患。

而紫光展锐的选择是,在高制程工艺的加持下,提供“溢出”的AI算力以供软硬件开发者享用,可以更好地支持高性能的复杂AI应用。用CEO楚庆的话来说,用户可以在“宽松的运算环境里一切都随心所欲”。

二是针对核心需求进行的精准赋能。

针对5G最大、也是最吃性能的落地场景——影像,虎贲T7520在硬件基础上,将自主研发的第六代影像引擎Vivimagic解决方案和第二代FDR ( Full Dynamic Range ) 技术架设其上,通过原生的软硬件协同,达到了出类拔萃的效果。

从数据来看,虎贲T7520最高支持120Hz的刷新率,多屏显示最高可支持4K HDR 10+,让用户在高帧率类的竞技游戏、观看5G超高清视频、AR/VR等视觉体验上获得更顺滑炫彩的效果。

如果说5G为我们画下的是一个海量智能设备与应用构筑的“大饼”,那么紫光展锐正是用前沿的软硬件技术打造出的“神笔”,将一切慢慢变为真实。

从这个角度看,5G芯片正在重新划定厂商的起跑线。每一次进步,意味着产业界面临的挑战也就越大。而能突破这一限制的厂商,自然也更清晰地彰显出优越性。

“唯规格论”的倒掉:用户需要怎样的5G?

此时,一个有趣的事情就出现了。

曾几何时,展锐(展讯)一直被冠以“追随者”的帽子,在国际半导体厂商的竞争中追随着英特尔、高通等老牌国际厂商。

但今天却江山轮转,当展锐成为全球率先突破6nm技术的5G SOC厂商时,老大哥“高通”的最新旗舰骁龙865却依然采用了外挂解决方案,苹果也放弃了自研计划在下一代iPhone 5G搭载高通x55 5G基带,发布之时豪夺多个全球第一的天玑1000也依然未能成功“破7”。

而“先锋队”紫光展锐,在抛出虎贲T7520这只“神笔”之后,却又扭头继续与合作伙伴琢磨上一代产品的商用大计,这是什么逻辑?

长期以来,我们已经习惯了以终端产品的价格来评判背后的芯片等级。这也是为什么,5G手机价格长期居高不下——因为要使用最高规格的芯片,就意味着要消费者承担金字塔顶端的价格。这也导致高端芯片成为了领头厂商的寸土必争之际,三星、联发科、高通、英特尔等强势厮杀,在5G高端旗舰性能溢出的同时,是否是时候转变思路,去追问一句,5G用户是否只有那一小部分高消费群体呢?

至少在展锐眼中,技术的成就之路并不如是。

从展锐携手海信和联通发布的5G终端可以看出,展锐的5G目标,是为大多数消费者提供最佳质价比的服务。

比如即将推出的海信F50配备的紫光展锐内芯虎贲T7510,采用的是12nm制程的应用处理器。但得益于架构和算力,在苏黎世联邦理工学院AI Benchmark上,反而超越了其他7nm制程荣登榜首。

与其搭配的5G基带芯片春藤V510,同样采用的是12nm制程工艺,支持SA/NSA双模组网方式,今年也将在数十款5G终端上发光发热。

再给大家举个例子,5G标准刚推出时,关于独立组网SA还是非独立组网NSA争论不休,其中,与4G基站协同使用的“过渡方案”NSA一度成为主流。这一趋势也吓得一众消费者持币观望,以免“交智商税”。

而展锐在推出第一代5G芯片时,就选择了支持SA和NSA双模式。只因为最先洞察到了SA核心网才能最大程度实现5G价值。所以展锐的核心团队从2018年开始,就将全部研发集中到了SA制式上。

由此,我们可以发现“展锐式研发”的两个特点:

1.尊重技术规律。在SA和NSA的判断上,展锐看到了正确的方向,这一点在国内运营商大张旗鼓推动SA的时候也得到了验证。而在半导体技术上,除了这次5G芯片在6nm EUV的突破,影像技术、全覆盖技术等等,都有直观的提升。

2.强调用户需求。在是否无止境推崇高精尖上,选择了站在绝大多数消费者的一端,不追求发布会上炸裂的“数字游戏”,而是打造最具质价比和用户价值的解决方案。

中低端市场不意味着低价低质,而是高性价比和高价值,手机用户将有着更高的品质要求,手机芯片也将呈现高技术、高性能和多样化的发展趋势,而这正是一个尚待挖掘的“利基市场”。

在设计中,展锐也充分考虑到了用户的行为习惯变化,比如当下喜欢互动的人变多,手机的上行数据比下行数据反而更高,但传统的移动通信模型一直假设下行至少是上行的至少10倍,所以习惯性地将手机发射功率比基站功率要小,试想一下发视频和弹幕而网速不给力,是不是特别恼火?

展锐就在虎贲T7520中,率先实现了全场景覆盖增强,将数据传输信号上行增加了100%,使上行跟下行信号质量一样好,让大家看直播、发视频两不误,这样的“以人为本”路线,是不是比动辄高端旗舰的“掏腰包”更能引起舒适?

ICT产业竞争的激烈和残酷,不只体现在表面的剑拔弩张,还有细水长流的落寞。2014年,博通退出手机芯片市场,更早一些,德州仪器、意法半导体、爱立信这些大名鼎鼎的巨头均在竞争中败下阵来。

而展锐等国产厂商曾是“后辈”,却相继得到了市场的认可。与其质问展锐为什么不能做高端,或许可以换一个角度思考,为什么在展锐明明有做最高端的实力,却偏偏选择了“接地气”?

大浪淘沙终显金,其中的技术逻辑和商业窗口,最终会在这位“神笔马良”的笔锋之间熠熠发光。

免责声明:此文内容为第三方自媒体作者发布的观察或评论性文章,所有文字和图片版权归作者所有,且仅代表作者个人观点,与 无关。文章仅供读者参考,并请自行核实相关内容。投诉邮箱:editor@fromgeek.com。


企业会员

免责声明:本网站内容主要来自原创、合作伙伴供稿和第三方自媒体作者投稿,凡在本网站出现的信息,均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性,但不保证有关资料的准确性及可靠性,读者在使用前请进一步核实,并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏,概不负任何法律责任。任何单位或个人认为本网站中的网页或链接内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时,应及时向本网站提出书面权利通知或不实情况说明,并提供身份证明、权属证明及详细侵权或不实情况证明。本网站在收到上述法律文件后,将会依法尽快联系相关文章源头核实,沟通删除相关内容或断开相关链接。

2020-03-03
6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的“神笔马良”
我们知道,在此之前的高端5GSOC芯片都还停留在7nm制程,而在率先走到6nm节点的紫光展锐,上一代计算产品则是12nm。

长按扫码 阅读全文

Baidu
map