6nm工藝的微觀神話，于毫厘間雕刻5G的“神筆馬良”

原標(biāo)題：6nm工藝的微觀神話，于毫厘間雕刻5G的“神筆馬良”

哪個(gè)小朋友沒(méi)有幻想過(guò)，擁有一支《神筆馬良》那樣的生花妙筆，將自己的幻想纖毫畢現(xiàn)地還原成現(xiàn)實(shí)？

制造芯片的工程師，就是這樣的“當(dāng)代馬良”。哦不，他們的任務(wù)更加艱巨，需要在日漸縮小的畫(huà)布（芯片）上，建構(gòu)起數(shù)億人色彩斑斕的互聯(lián)網(wǎng)世界。

摩爾提出摩爾定律的時(shí)候，電腦還像冰箱那樣笨重。而從2013年，移動(dòng)芯片的需求首次超過(guò)了PC芯片，“更輕更薄更大”的智能手機(jī)，讓半導(dǎo)體廠商不得不開(kāi)始在“畫(huà)筆”（晶體管結(jié)構(gòu)）、“畫(huà)工”（互連技術(shù)與工藝控制）上不斷自我顛覆，不斷逼近摩爾定律的極限值。

2005年英特爾公司才將工藝能力從90nm提升到了65nm，而15年后的今天，10nm甚至7nm制程的集成電路芯片制造技術(shù)，已經(jīng)毫無(wú)懸念。

而5G商用的全面到來(lái)，再一次對(duì)移動(dòng)芯片的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)出了挑戰(zhàn)。但如果EUV光刻設(shè)備不能準(zhǔn)備好，挑戰(zhàn)7nm以下制程就成為一個(gè)難以逾越的坎兒。而出乎意料的是，率先打破僵局的不是市面上已經(jīng)應(yīng)用7nm工藝的高通、三星、聯(lián)發(fā)科等廠商，而是紫光展銳。

2月26日，紫光展銳發(fā)布的新一代5G SoC芯片虎賁T7520，成為全球首個(gè)采用6nm EUV制程工藝的智能手機(jī)平臺(tái)。

我們知道，在此之前的高端5G SOC芯片都還停留在7nm制程，而在率先走到6nm節(jié)點(diǎn)的紫光展銳，上一代計(jì)算產(chǎn)品則是12nm。

這種“越級(jí)上位”現(xiàn)象，就引發(fā)了我們的好奇。6nm所描繪出的5G會(huì)是怎樣一番場(chǎng)景，又將給手機(jī)芯片發(fā)展趨勢(shì)帶來(lái)哪些觸動(dòng)？

6nm的“神筆”，能描繪出怎樣的5G？

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，恐怕有必要先簡(jiǎn)單解釋一下，這只名為EUV的6nm“神筆”，究竟有何不同之處。

摩爾定律下五十年的芯片技術(shù)發(fā)展，不斷推高了人類(lèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的水平，孕育出了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇，也帶來(lái)了新的限制和難題。

早在2012年，楚慶就曾說(shuō)過(guò)，7納米將成為一道工藝墻，是半導(dǎo)體成本曲線的關(guān)鍵工藝拐點(diǎn)。而直到2018年，大部分采用7nm技術(shù)制造廠商的良率都還沒(méi)有達(dá)到理想狀態(tài)。

既然如此，6nm是怎么實(shí)現(xiàn)的？EUV就順勢(shì)登場(chǎng)了。

此前的16/14nm甚至7nm時(shí)基本上都可以使用同樣的制造設(shè)備——即五次圖形曝光技術(shù)(FP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而要向6nm以下進(jìn)發(fā)，傳統(tǒng)工藝就有點(diǎn)扛不住了。

我們知道，芯片制造就像是用樂(lè)高積木蓋房子，借由一層又一層的堆疊，搭建出一個(gè)復(fù)雜交錯(cuò)的“立體結(jié)構(gòu)”。越細(xì)的刻刀自然能雕刻出更豐富的細(xì)節(jié)、更清晰的紋理。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間，這個(gè)復(fù)雜的建構(gòu)過(guò)程，都是由193nm的光源來(lái)完成的。但5G芯片的強(qiáng)大功能就要求在更小的面積上集成更多的晶體管，所以波長(zhǎng)13.5nm、接近X射線精度的極紫外光EUV就登場(chǎng)了。

EUV的光源只有主流光刻機(jī)的十五分之一，能夠在硅片上刻下更小的溝道。有人形容，EUV的細(xì)致程度，就好像從地球上發(fā)出的手電筒光線，精準(zhǔn)地照射到一枚月球上的硬幣一樣。

搞懂了EUV，就能更好地理解6nm制程的展銳5G芯片虎賁T7520，究竟改變了什么。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，6nm相比7nm產(chǎn)品，晶體管密度提高了18%，功耗降低8%。這對(duì)于廣大的5G手機(jī)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，意味著三重價(jià)值：

第一，5G手機(jī)性能更高，而成本更低。

據(jù)展銳的代工廠臺(tái)積電反映，6nm對(duì)于EUV的使用達(dá)到了一個(gè)更加成熟的新節(jié)點(diǎn)。這意味著良率更高，芯片的價(jià)格也更低。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，光刻機(jī)的工作原理，是用光線照射硅片，讓未受掩模遮擋部分的光刻膠發(fā)生曝光反應(yīng)，這樣才能將石英掩模上的電路圖顯影到硅片上。生產(chǎn)7nm芯片時(shí)，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個(gè)光罩、1次曝光就搞定了，可以直接降低大批量生產(chǎn)的成本。

第二，5G手機(jī)承載的功能更多，但耗電更少。

nm（納米）數(shù)指的是芯片上集成的晶體管大小，數(shù)字越小，單位面積內(nèi)集成的就越多，彼此之間通信距離變短，功耗自然也就降低了。和手機(jī)在遠(yuǎn)離信號(hào)塔的地方總是需要搜尋信號(hào)，耗電量增大是一個(gè)道理。

這也是為什么，6nm工藝的虎賁T7520，相比上一代7nm芯片功耗降低了8%，可以為手機(jī)提供更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。

第三，單芯片的多重能力輸出。

除了追求更小的納米數(shù)之外，融合也成為手機(jī)發(fā)展的主旋律，其中既有通訊模塊的融合，也有手機(jī)功能的融合。一方面，高集成度的SOC能夠直接減少芯片尺寸和 PCB的占用面積，降低設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試產(chǎn)品的成本；同時(shí)，將各個(gè)單元組成一個(gè)完整的解決方案，意味著5G模塊可以真地融入芯片之中，進(jìn)而解決功耗過(guò)高、信號(hào)不穩(wěn)定、安全風(fēng)險(xiǎn)等多重問(wèn)題。

這一點(diǎn)在虎賁T7520身上就充分地體現(xiàn)了出來(lái)，與外掛式5G芯片相比，虎賁T7520功耗優(yōu)勢(shì)全面領(lǐng)先。同時(shí)還將金融級(jí)iSE安全單元集成在SOC中，比外置SE更難攻擊定位，因此達(dá)到了金融級(jí)安全水平。

“神筆馬良”眼中的移動(dòng)AI世界

聊完了艱深的產(chǎn)業(yè)技術(shù)邏輯，就有必要來(lái)談?wù)?，除了?shù)字變化，6nm EUV究竟能給移動(dòng)智能世界打開(kāi)哪些想象力與商業(yè)價(jià)值。

畢竟，普通人的5G生活不是靠計(jì)算器數(shù)著比例實(shí)現(xiàn)的，而是建立在形形色色的創(chuàng)新萬(wàn)花筒之上。

繪制一個(gè)色彩斑斕的移動(dòng)AI世界，才應(yīng)該是“神筆馬良”的終極選擇。

具體到虎賁T7520，有兩個(gè)可能性或在醞釀之中：

一是強(qiáng)勁算力帶來(lái)的開(kāi)發(fā)潛力。

今天要在移動(dòng)終端上完成高性能的AI識(shí)別、推理等任務(wù)，受限于芯片的體積與處理能力，往往需要上傳到云端來(lái)完成。這一方面限制了許多應(yīng)用普及的可能性，比如VR、高精度視頻等等；同時(shí)也容易因?yàn)樵频蕉说倪^(guò)程，導(dǎo)致隱私泄露、數(shù)據(jù)延遲等一系列隱患。

而紫光展銳的選擇是，在高制程工藝的加持下，提供“溢出”的AI算力以供軟硬件開(kāi)發(fā)者享用，可以更好地支持高性能的復(fù)雜AI應(yīng)用。用CEO楚慶的話來(lái)說(shuō)，用戶(hù)可以在“寬松的運(yùn)算環(huán)境里一切都隨心所欲”。

二是針對(duì)核心需求進(jìn)行的精準(zhǔn)賦能。

針對(duì)5G最大、也是最吃性能的落地場(chǎng)景——影像，虎賁T7520在硬件基礎(chǔ)上，將自主研發(fā)的第六代影像引擎Vivimagic解決方案和第二代FDR ( Full Dynamic Range ) 技術(shù)架設(shè)其上，通過(guò)原生的軟硬件協(xié)同，達(dá)到了出類(lèi)拔萃的效果。

從數(shù)據(jù)來(lái)看，虎賁T7520最高支持120Hz的刷新率，多屏顯示最高可支持4K HDR 10+，讓用戶(hù)在高幀率類(lèi)的競(jìng)技游戲、觀看5G超高清視頻、AR/VR等視覺(jué)體驗(yàn)上獲得更順滑炫彩的效果。

如果說(shuō)5G為我們畫(huà)下的是一個(gè)海量智能設(shè)備與應(yīng)用構(gòu)筑的“大餅”，那么紫光展銳正是用前沿的軟硬件技術(shù)打造出的“神筆”，將一切慢慢變?yōu)檎鎸?shí)。

從這個(gè)角度看，5G芯片正在重新劃定廠商的起跑線。每一次進(jìn)步，意味著產(chǎn)業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)也就越大。而能突破這一限制的廠商，自然也更清晰地彰顯出優(yōu)越性。

“唯規(guī)格論”的倒掉：用戶(hù)需要怎樣的5G？

此時(shí)，一個(gè)有趣的事情就出現(xiàn)了。

曾幾何時(shí)，展銳（展訊）一直被冠以“追隨者”的帽子，在國(guó)際半導(dǎo)體廠商的競(jìng)爭(zhēng)中追隨著英特爾、高通等老牌國(guó)際廠商。

但今天卻江山輪轉(zhuǎn)，當(dāng)展銳成為全球率先突破6nm技術(shù)的5G SOC廠商時(shí)，老大哥“高通”的最新旗艦驍龍865卻依然采用了外掛解決方案，蘋(píng)果也放棄了自研計(jì)劃在下一代iPhone 5G搭載高通x55 5G基帶，發(fā)布之時(shí)豪奪多個(gè)全球第一的天璣1000也依然未能成功“破7”。

而“先鋒隊(duì)”紫光展銳，在拋出虎賁T7520這只“神筆”之后，卻又扭頭繼續(xù)與合作伙伴琢磨上一代產(chǎn)品的商用大計(jì)，這是什么邏輯？

長(zhǎng)期以來(lái)，我們已經(jīng)習(xí)慣了以終端產(chǎn)品的價(jià)格來(lái)評(píng)判背后的芯片等級(jí)。這也是為什么，5G手機(jī)價(jià)格長(zhǎng)期居高不下——因?yàn)橐褂米罡咭?guī)格的芯片，就意味著要消費(fèi)者承擔(dān)金字塔頂端的價(jià)格。這也導(dǎo)致高端芯片成為了領(lǐng)頭廠商的寸土必爭(zhēng)之際，三星、聯(lián)發(fā)科、高通、英特爾等強(qiáng)勢(shì)廝殺，在5G高端旗艦性能溢出的同時(shí)，是否是時(shí)候轉(zhuǎn)變思路，去追問(wèn)一句，5G用戶(hù)是否只有那一小部分高消費(fèi)群體呢？

至少在展銳眼中，技術(shù)的成就之路并不如是。

從展銳攜手海信和聯(lián)通發(fā)布的5G終端可以看出，展銳的5G目標(biāo)，是為大多數(shù)消費(fèi)者提供最佳質(zhì)價(jià)比的服務(wù)。

比如即將推出的海信F50配備的紫光展銳內(nèi)芯虎賁T7510，采用的是12nm制程的應(yīng)用處理器。但得益于架構(gòu)和算力，在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院AI Benchmark上，反而超越了其他7nm制程榮登榜首。

與其搭配的5G基帶芯片春藤V510，同樣采用的是12nm制程工藝，支持SA/NSA雙模組網(wǎng)方式，今年也將在數(shù)十款5G終端上發(fā)光發(fā)熱。

再給大家舉個(gè)例子，5G標(biāo)準(zhǔn)剛推出時(shí)，關(guān)于獨(dú)立組網(wǎng)SA還是非獨(dú)立組網(wǎng)NSA爭(zhēng)論不休，其中，與4G基站協(xié)同使用的“過(guò)渡方案”NSA一度成為主流。這一趨勢(shì)也嚇得一眾消費(fèi)者持幣觀望，以免“交智商稅”。

而展銳在推出第一代5G芯片時(shí)，就選擇了支持SA和NSA雙模式。只因?yàn)樽钕榷床斓搅薙A核心網(wǎng)才能最大程度實(shí)現(xiàn)5G價(jià)值。所以展銳的核心團(tuán)隊(duì)從2018年開(kāi)始，就將全部研發(fā)集中到了SA制式上。

由此，我們可以發(fā)現(xiàn)“展銳式研發(fā)”的兩個(gè)特點(diǎn)：

1.尊重技術(shù)規(guī)律。在SA和NSA的判斷上，展銳看到了正確的方向，這一點(diǎn)在國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商大張旗鼓推動(dòng)SA的時(shí)候也得到了驗(yàn)證。而在半導(dǎo)體技術(shù)上，除了這次5G芯片在6nm EUV的突破，影像技術(shù)、全覆蓋技術(shù)等等，都有直觀的提升。

2.強(qiáng)調(diào)用戶(hù)需求。在是否無(wú)止境推崇高精尖上，選擇了站在絕大多數(shù)消費(fèi)者的一端，不追求發(fā)布會(huì)上炸裂的“數(shù)字游戲”，而是打造最具質(zhì)價(jià)比和用戶(hù)價(jià)值的解決方案。

中低端市場(chǎng)不意味著低價(jià)低質(zhì)，而是高性?xún)r(jià)比和高價(jià)值，手機(jī)用戶(hù)將有著更高的品質(zhì)要求，手機(jī)芯片也將呈現(xiàn)高技術(shù)、高性能和多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，而這正是一個(gè)尚待挖掘的“利基市場(chǎng)”。

在設(shè)計(jì)中，展銳也充分考慮到了用戶(hù)的行為習(xí)慣變化，比如當(dāng)下喜歡互動(dòng)的人變多，手機(jī)的上行數(shù)據(jù)比下行數(shù)據(jù)反而更高，但傳統(tǒng)的移動(dòng)通信模型一直假設(shè)下行至少是上行的至少10倍，所以習(xí)慣性地將手機(jī)發(fā)射功率比基站功率要小，試想一下發(fā)視頻和彈幕而網(wǎng)速不給力，是不是特別惱火？

展銳就在虎賁T7520中，率先實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)景覆蓋增強(qiáng)，將數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)上行增加了100%，使上行跟下行信號(hào)質(zhì)量一樣好，讓大家看直播、發(fā)視頻兩不誤，這樣的“以人為本”路線，是不是比動(dòng)輒高端旗艦的“掏腰包”更能引起舒適？

ICT產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的激烈和殘酷，不只體現(xiàn)在表面的劍拔弩張，還有細(xì)水長(zhǎng)流的落寞。2014年，博通退出手機(jī)芯片市場(chǎng)，更早一些，德州儀器、意法半導(dǎo)體、愛(ài)立信這些大名鼎鼎的巨頭均在競(jìng)爭(zhēng)中敗下陣來(lái)。

而展銳等國(guó)產(chǎn)廠商曾是“后輩”，卻相繼得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。與其質(zhì)問(wèn)展銳為什么不能做高端，或許可以換一個(gè)角度思考，為什么在展銳明明有做最高端的實(shí)力，卻偏偏選擇了“接地氣”？

大浪淘沙終顯金，其中的技術(shù)邏輯和商業(yè)窗口，最終會(huì)在這位“神筆馬良”的筆鋒之間熠熠發(fā)光。

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