蓋棺定論 2013年手機(jī)處理器終極指南
不夸張地說(shuō)，工藝是IT行業(yè)的基礎(chǔ)。有趣的是，上一代產(chǎn)品中，高通、三星、NV三家公司分別選擇了三種不同的工藝：Tegra3采用了臺(tái)積電“40nm Fast G”，APQ8064采用了臺(tái)積電“28nm LP”，Exynos 4 Quad則采用了三星自家的“32nm LP HKMG”。如果你已經(jīng)頭暈了，不要先忙著說(shuō)雖不明但覺(jué)厲，這些工藝的代號(hào)的確會(huì)讓人眼花繚亂，但它們是理解工藝細(xì)節(jié)的關(guān)鍵，所以我們必須要了解一下半導(dǎo)體工藝的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。雖然這些都是2012年的產(chǎn)品，但是了解一些工藝細(xì)節(jié)也更利于我們分析今年甚至未來(lái)的新產(chǎn)品。
首先，所謂的45nm、28nm，這些數(shù)字都意味著線(xiàn)寬，簡(jiǎn)單理解就是內(nèi)部晶體管的尺寸。這可能是半導(dǎo)體工藝中最直觀也最具欺騙性的參數(shù)——大家都可能認(rèn)為數(shù)字越小越先進(jìn)，但實(shí)際情況遠(yuǎn)沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，線(xiàn)寬數(shù)字本身就具有一定的欺騙性。在半導(dǎo)體行業(yè)中存在兩種類(lèi)型的企業(yè)，一種是以Intel、三星為代表的擁有自主制造能力的企業(yè)，另一種則是以nVIDIA、高通為代表的Fabless，即設(shè)計(jì)代工型企業(yè)。對(duì)于后者而言，芯片的制造往往交給諸如臺(tái)積電、中芯國(guó)際等半導(dǎo)體代工廠負(fù)責(zé)。正常而言，每一代邏輯芯片工藝的線(xiàn)寬基本上都是以70%的比例不斷降低，就Intel為例，近幾年我們熟悉的有 90nm、65nm、45nm、32nm和最新的22nm。
由于這些企業(yè)的賣(mài)的是產(chǎn)品而不是工藝，不論是技術(shù)還是工藝，主要都是為了自用，所以不會(huì)對(duì)這方面的宣傳太過(guò)在意，但對(duì)于臺(tái)積電而言，由于它的業(yè)務(wù)是代工，因此工藝細(xì)節(jié)就成了最主要的宣傳對(duì)象?；蛟S是為了讓自己的技術(shù)看起來(lái)更“先進(jìn)”一些，臺(tái)積電自130nm節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，每一代工藝的線(xiàn)寬都要比Intel小一點(diǎn)——分別是110nm、80nm、65nm、40nm、28nm和20nm。這樣的決策老實(shí)說(shuō)，可能更多只是商業(yè)目的，技術(shù)上的差別并不會(huì)太大，甚至曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)以臺(tái)積電110nm工藝制造的芯片，在電子顯微鏡下觀察，實(shí)際線(xiàn)寬浮動(dòng)在120～130nm的情況。因此本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，他們都屬于同一代，單純以線(xiàn)寬論，不論是28nm還是32nm，并不存在明顯的孰優(yōu)孰劣關(guān)系。
因此大家就知道了，Tegra3所采用的40nm工藝和45nm是屬于同一代的，而Exynos 4 Quad和APQ8064采用的32和28nm則是最新一代的節(jié)點(diǎn)。Tegra3之所以選擇上一代工藝，之前提到了是因?yàn)楫a(chǎn)能，但是產(chǎn)能到底影響有多大？
如果回顧以下臺(tái)積電的路線(xiàn)圖，那么按照原計(jì)劃，28nm工藝原本計(jì)劃在2011年9月量產(chǎn)——注意，是2011年。但實(shí)際上一直到2012年6月為止都無(wú)法達(dá)到傳統(tǒng)意義上的大規(guī)模量產(chǎn)的水平，甚至一直到今天，依然無(wú)法完全令人滿(mǎn)意，以至于高通已經(jīng)將部分28nm訂單轉(zhuǎn)移給了聯(lián)電和三星。而三星也同樣遇到了這種問(wèn)題，Exynos 4412的投產(chǎn)也比原計(jì)劃晚了大約半年。10個(gè)月的拖延，在科技界不論是誰(shuí)都是絕對(duì)無(wú)法承受的，所以縱使Tegra3再弱再慢再熱，當(dāng)市場(chǎng)上不存在其他選擇的時(shí)候，它就是唯一的贏家。
TSMC的路線(xiàn)圖：2013年將投產(chǎn)16nm，而實(shí)際上連CLN28HPL都看不到
未來(lái)隨著新一代工藝節(jié)點(diǎn)研發(fā)難度的持續(xù)增大，可以預(yù)計(jì)“延期”會(huì)變得越來(lái)越普遍，而換代周期也會(huì)變得越來(lái)越長(zhǎng)。前AMD半導(dǎo)體工廠，現(xiàn)代工廠GF的28nm就比預(yù)期的投產(chǎn)時(shí)間足足晚了一年多。目前來(lái)看，除了Intel以外，我們很難看到有誰(shuí)可以保證在2013年內(nèi)量產(chǎn)22/20nm工藝，而如果再進(jìn)一步到下一代的16/14nm，不確定的因素就更大了。這就像是半導(dǎo)體行業(yè)的一枚定時(shí)炸彈，也許在不遠(yuǎn)的將來(lái)就會(huì)帶來(lái)明顯的影響。相信現(xiàn)在你已經(jīng)明白“線(xiàn)寬”這個(gè)參數(shù)的區(qū)別，那么就讓我們更進(jìn)一步，去看看線(xiàn)寬以外的東西。
線(xiàn)寬以外還有東西？當(dāng)然。拿Intel處理器來(lái)說(shuō)，同一代工藝的產(chǎn)品（比如最新的22nm Ivy Bridge），桌面版的功耗為77W，而移動(dòng)版就只有17W，當(dāng)然頻率是一方面，但更重要的原因則是所謂的“工藝方向”。大體來(lái)說(shuō)，任何一代線(xiàn)寬下都會(huì)有三個(gè)工藝方向：高性能型、通用型、低功耗型，它們是在“功耗——性能”軸上取不同平衡的產(chǎn)物。同樣的線(xiàn)寬，不同的工藝方向，差別甚至可以達(dá)到數(shù)倍之多，因此只談?wù)摼€(xiàn)寬是沒(méi)有意義的。高通和三星的芯片均采用了低功耗型即LP工藝，唯獨(dú)nVIDIA因?yàn)樵O(shè)計(jì)了LP工藝制造的伴核，從而使用通用型即Fast G 工藝制造剩下的部分以追求更低的滿(mǎn)負(fù)荷功耗。
這么說(shuō)來(lái)，那么高通就和三星一樣省電——且慢，事情并不是這么簡(jiǎn)單。線(xiàn)寬和方向也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是工藝的全部，在這個(gè)領(lǐng)域還有很多的高級(jí)技術(shù)，它們發(fā)揮的影響力，甚至可以超越以上的一切。細(xì)心的你應(yīng)該注意到了，在本回合開(kāi)頭的工藝介紹中，有諸如“HKMG”這樣的縮寫(xiě)，這四個(gè)字母正是代表著一個(gè)高級(jí)技術(shù)：它指高介電常數(shù)金屬柵極，英文為High-K Metal Gate，縮寫(xiě)為HKMG。這是一個(gè)非常先進(jìn)但也非常復(fù)雜的技術(shù)，詳細(xì)介紹可以寫(xiě)許多本書(shū)，我們作為消費(fèi)者或技術(shù)愛(ài)好者，只需知道個(gè)大概：HKMG就是利用高介電常數(shù)的金屬氧化物（例如氧化鉿或者氧化鋁）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅作為柵極絕緣層，提高柵極對(duì)電子的容納能力與對(duì)溝道的控制力，進(jìn)而降低漏電，更重要的是降低高頻率下的功耗。它的效果有多好？根據(jù)三星提供的數(shù)據(jù)， HKMG相對(duì)于SiON/Poly-Si工藝在同樣的延遲（簡(jiǎn)單理解即頻率）下漏電最多可以降低到十分之一，而同樣的漏電下頻率最多可以提升40％。Exynos 4 Quad也正是借助這樣的先進(jìn)工藝，在核心數(shù)翻倍的情況下，整體功耗依然降低了20%。
Exynos 4412當(dāng)然使用了HKMG技術(shù)，但高通則令人失望。雖然臺(tái)積電也擁有28nm HPL HKMG工藝，但高通選擇的卻是基于SiON/Poly-Si的28nm LP工藝。不僅APQ8064如此，甚至最新的驍龍600 APQ8064T，也還在采用28nm LP工藝制造。這一方面是因?yàn)镠KMG會(huì)抬高制造成本，更重要的是臺(tái)積電的28nm HPL HKMG工藝至今尚未量產(chǎn)，預(yù)計(jì)的時(shí)間將在2013年底到2014年初。這些因素綜合起來(lái)，使得28nm LP成為了事實(shí)上的唯一選擇——這自然會(huì)對(duì)APQ8064的功耗帶來(lái)一定負(fù)面的影響，這個(gè)影響目前來(lái)看還是非常明顯的。
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