【收錄專題 |「半導體芯片」中國芯片技術_芯片設計/制造公司企業廠商】

　　近日，首次采用臺積電3nm制程的蘋果iPhone15 Pro新機陷入A17芯片過熱爭議。在此前，有消息稱臺積電3納米良率僅55%，也因此臺積電將不會按照標準晶圓價格向蘋果收費，蘋果僅向臺積電支付可用芯片的費用。此外，有消息稱，受到3nm良率的影響，高通即將發布的驍龍8 Gen 3芯片，將不會全部使用3nm制程，部分產品依舊采用4nm制程。

　　第一個吃螃蟹的人，一定會有風險。隨著芯片制程不斷縮小，芯片良率低以及發熱的問題愈見凸顯。使得原本需求火熱的先進制程芯片，卻因為發熱問題變得有些“炙手可熱”。先進制程是否將不再成為手機廠商的競爭焦點?先進制程頻頻發熱在此之前，先進制程芯片也頻頻出現發熱問題。大致從5nm工藝開始，手機芯片普遍出現發熱現象。彼時，三星獵戶座1080、華為麒麟9000、驍龍888和蘋果的A14芯片都采取了5nm工藝制程，但卻不約而同地出現了發熱的現象。在此后的4nm工藝中，高通驍龍8 Gen 1、三星Exynos 2200、聯發科天璣9000等采用4nm工藝制程的手機，也再度因為發熱現象引發爭議。依照摩爾定律規則，芯片制程縮小，晶體管密度增加，功耗也會隨之減少。然而，隨著芯片制程愈發接近物理極限，芯片的功耗為何卻出現不降反增的趨勢?北京超弦存儲器研究院執行副院長、北京航空航天大學兼職博導趙超告訴《中國電子報》記者，先進制程之所以會出現發熱的現象，是短溝道效益所引起的。“半導體制造中，集成電路的尺寸隨著摩爾定律的發展而持續縮小，溝道長度也相應地縮短，這就導致了溝道管中的S和D(源和漏)的距離越來越短。因此柵極對溝道的控制能力變差，這就意味著柵極電壓夾斷溝道的難度變大，即產生短溝道效應，從而出現嚴重的電流泄露(漏電)現象，最終讓芯片的發熱和耗電失控。”趙超說。新結構帶來新問題趙超表示，5nm、4nm芯片所采用的都是FinFET(鰭式場效應晶體管)結構。FinFET所采用的是三面柵的結構，并非像GAA一樣的四面環繞式的結構，其中一個方向沒有柵極的包裹。隨著芯片制程的不斷減小，FinFET三面柵的結構對于漏電的控制能力也在逐漸減弱，造成芯片出現功耗問題。然而，采用了四面環繞式GAA架構的三星，雖然在一定程度上緩解了短溝道效益，但是卻并沒有如愿大幅度提升芯片的良率。據了解，采用GAA架構的三星3nm工藝芯片，首批的良率只有10%～20%，而如今的良率也僅僅只有50%～60%。業內人士透露，三星若想獲得高通等大客戶的3nm訂單，良率至少要達到70%以上。

　　三星通過改變芯片架構實現功耗的降低和性能的提升可以推算，未來芯片進入到2nm以及更小制程后，芯片的發熱以及功耗問題也將難以避免。軟件成手機廠商發力重點由于先進制程頻頻出現問題，使得很多手機廠商開始 “另辟蹊徑”，試圖通過其他方式來提升芯片的性能，在這之中，軟件成為了諸多手機廠商的關注焦點。對于手機而言，如果把芯片比作一粒種子，那么軟件就是土壤，如果軟件能夠針對芯片硬件的特性進行優化，就像土壤為種子提供最適宜的生長環境，那么芯片便能發揮出更大的功效。因此，諸多手機廠商也開始嘗試通過優化自家的軟件系統，從而更好地發揮自研芯片的性能，提供更加流暢、高效的用戶體驗。例如，蘋果即將發布iOS 17.0.3版本，便是想通過軟件的升級，從而優化設備的溫度表現，進而改善手機的發熱問題;華為的鴻蒙系統與麒麟芯片的深度結合，也是促使Mate 60 Pro的性能超越傳統預期的主要方式之一。先進制程依舊是競爭焦點然而，業內專家莫大康向《中國電子報》記者表示，軟件生態對于手機而言固然重要，但是并不能完全替代通過芯片制程縮小帶來的性能提升。此外，盡管芯片制程的不斷縮小，給芯片良率帶來了很多困難，但是先進制程的市場熱度仍舊只增不減。臺積電3nm工藝制造的12英寸晶圓的報價高達3萬美元，是7nm工藝的3倍之多。預計到2025年之際，3nm制程市場的產值將會高達255億美元。

數據來源：據公開資料整理

　　“采用新產品、新技術，是幫助企業在市場競爭中立足的關鍵因素之一，但這同樣也需要企業承擔相應的風險。市場競爭本身就是賭，誰也無法預測是否能賭成功。但是蘋果等資本力量雄厚的企業，也有賭的資本，所以他們并不怕試錯。此外，新技術同樣也需要時間去試錯和迭代。雖然，目前3nm先進制程的良率不高，但是并不意味著未來的良率不會提升。隨著技術不斷成熟，先進制程芯片的現有問題也會被一一解決，只是由于制程不斷縮小，技術難度越來越大，技術的磨合期也會相應變長。”莫大康向《中國電子報》記者表示。臺積電、三星、英特爾中芯國際的芯片制程發展線有消息稱，在臺積電成功試產2nm的幾乎同一時間，蘋果便成為了首個客戶。與此同時，高通也在考慮在未來使用臺積電的2nm工藝生產其芯片。先進制程依舊是手機廠商眼中的“香餑餑”。芯片制程的延伸和軟件系統的升級，也將成為未來手機技術發展的“兩條腿”，二者缺一不可。

　　作者：沈叢　　來源：中國電子報、電子信息產業網