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从手机到汽车全球缺芯愈演愈烈,5nm芯片翻车牵扯哪些技术极限?

2021-01-25 21:38阅读:

康斯坦丁

IT评论人 科幻星系创建人 科技专家 互联网科技博主 头条文章作者

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从手机到汽车全球缺芯愈演愈烈,5nm芯片翻车牵扯哪些技术极限?
从手机到汽车如今全球“缺芯”问题正愈演愈烈,也给相关制造厂商带来越来越大的压力。继上周福特被迫关闭肯塔基州的一家SUV工厂后,周一福特一家德国工厂也被停产一个月。面对芯片供应难题,短期内相关制造厂商们也并没有太多解决方案。
摩尔定律就像芯片界的一条皮鞭,终年都抽着台积电、英特尔、三星等芯片厂商前进,每隔18个月,他们要在同样面积的芯片上多放一倍的晶体管,性能提升一倍。乍看上去,这真是一个流氓定律,但企业的伟大之处,在于总想着战胜流氓定律,正如台积电的经营理念是:宁可天下人负我,我不负天下人,三星的芯片业务亏损10年,才开始赚钱。
显然,能满足流氓定律的企业都有着“极致”追求,无论是实际的利润,还是江湖地位都是无与伦比的。但专家们每年都会例行预测:摩尔定律就要失效。只是因台积电、三星的极限坚持,把专家的脸打得生疼,以至于,5nm芯片出现功耗问题,会带来莫名的兴奋感。越来越多的人真切地感受到:摩尔定律可能真要失效了。据媒体报道,搭载5nm芯片的手机,大都出现了功耗问题,包括iPhone12、荣耀以及小米等等,有一些手机啥也不做,电量直接丢掉40%,而有一些手机运行大型游戏之后,表面温度达到48摄氏度。
5nm
芯片遭到集体吐槽和抱怨,已经是不争的事实,这不是某一个制造商或者品牌的问题,而是电子产业链技术的极限问题。毫无疑问,这种抱怨不会影响台积电、三星的订单,毕竟,全世界都处在“缺芯”的状态,况且,5nm芯片已把技术再推向新极限。
从手机到汽车全球缺芯愈演愈烈,5nm芯片翻车牵扯哪些技术极限?
集体抱怨,5nm芯片到底怎么了?
如前文所述,众多手机都搭载了5nm芯片,也集体遭遇吐槽和抱怨,但消费者依旧购买,毕竟,只有最好的品牌才会乐于自我挑战,有些抱怨,不小心翻车也不会伤筋动骨。最早商用的5nm芯片应该是iPhone12A14仿生芯片,这款芯片晶体管达到118亿个,而人类大脑内的神经元大概是140亿个,也就是说,如果能配合更先进的算法、学习功能和海量的数据,手机CUP芯片是有机会模拟人类大脑的。只是现阶段A14芯片只用来提高CPU性能、图形性能,更尴尬的是,A14芯片没有处理好功耗问题,有一些用户反映,在关掉所有后台程序之后,iPhone12待机一夜,电量就丢掉约40%。当然,因苹果一向不妥协于iPhone的厚度,甚至逐渐变薄,以至于,电池问题长期存在。
除了A14芯片以外,华为的麒麟芯片也出现了类似问题,不仅功耗较高,而且在运行一些大型游戏时,不能持续保持高帧模式,用户体验相当之差;而小米手机搭载的骁龙888处理器则因功耗太大,导致机身表面温度达到48摄氏度,就像刚蒸熟的米糕。
这些应该只是在个别时段,个别场景下的表现,需要专业的评测才能定性,但5nm芯片出事儿,牵扯到设计、制造、检验等多个环节。消费者虽然不懂如何设计、制造芯片,但大家吐槽的才华还是非常惊艳,戏称:新苹果蔫坏,麒麟芯片简直就是火麒麟,而背后的代工商台积电也不能幸免,被人称作“台漏电”。显然,能祭出台漏电称号的消费者,一定是个行家,他要清楚芯片功耗来源于两部分,一种是动态功耗,指的是电路状态变化时产生的功耗,初中物理公式PUI可以协助理解,动态功耗会受到电压和电流影响;另一种是静态功耗,也即每个晶体管泄漏电流产生的功耗,尽管每个晶体管产生的漏电流很小,但手机芯片动辄上百亿个晶体管,累积起来非常可观。而5nm芯片最大的卖点就是:单位面积的晶体管数量又创新高,晶体管间的间距更小,隐患则是功耗更高。
从手机到汽车全球缺芯愈演愈烈,5nm芯片翻车牵扯哪些技术极限?
技术极限,如何正面看待5nm芯片翻车?
所谓的5nm芯片集体翻车,只是一种茶余饭后的消遣吐槽,对于芯片行业没有实质性的影响,甚至对于苹果、华为、小米的手机销量都不会有重大影响,否则,iPhone12不会一直热卖,甚至要求代工厂春节都不要休息。事实上,无论是苹果、华为、高通等芯片设计者,还是台积电、三星等尖端制造商,在开发5nm芯片时都含有一些“自虐”和“赌博”的成分,大家都需要率先推出性能更好的芯片,或者试验更先进的制造流程。如果效果良好,巨头们就会利用“时间差”赚得盆满钵满,逐渐形成飞轮效应和正循环;如果效果不好,也权当积累经验,对于未来的改进也是大有裨益的。
芯片制造链中,最重要的环节有三大块,首先是设计EDA验证,每一次试验都需要花费数十亿,再有就是材料的纯度要达到99.99999999999%,最后,还需要最先进的EUV极紫外线光刻机,它所能达到的最小距离就是5nm,可以看出,芯片产业链最核心的环节几乎都有常人难以理解的“技术极限”,这还没有包括芯片制造工艺需要上千步工艺流程,设备维护需要2000人,产线调试需要三年等令人咋舌的数字。显然,目前最先进、最拉风的5nm芯片,势必又再把这些技术极限推进到更高的境界。比如为了降低静态功耗,台积电早就采用Gate-Last技术,而晶体管又分FinFETGAAFET两种,当晶体管线路间的距离缩小到5nm时,GAAFET在功耗上会有明显的优势。总而言之,新技术、新材料、新工艺都是取之不尽的资源,只是商用芯片要一直同现实利益做平衡。本次5nm芯片翻车的事儿,其实和商业利益平衡有着很大关系,基于此,我们有理由相信:摩尔定律短期内不会失效。
面对5nm芯片翻车的事儿,中国专家又开始憧憬弯道超车的事儿,认为要在14nm层面稳扎稳打地前进,保持成功率,降低消费者抱怨。这简直就是浅薄之谈,有些人经常失败,正如5nm芯片翻车,那是因为他们一直在挑战极限;有些人常年保持成功,那是因为他们总停留在“安全区”,相比于14nm的成功,我们更尊敬5nm的翻车。(科技新发现 康斯坦丁/文)

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