“傳説”中的5nm芯片_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2020-05-12 15:31
台積電5nm即將量產，今年這部分訂單已經被蘋果和華為海思預定了。包括高通、聯發科、博通、AMD、英偉達、賽靈思等大客户，均已展開5nm芯片設計，預計明、後兩年開始陸續進入量產階段。
不久前，台積電總裁魏哲家在法説會中指出，採用台積電5nm完成的芯片設計定案（tape-out）數量將比7nm量產初期的同時期還要高，5nm將成為台積電繼7nm之後、另一個重大且具有長生命週期的製程節點。預估5nm今年營收佔比將達到10％。
兩大客户分食2020年5nm產能
今年下半年，台積電5nm逐步進入規模量產階段，主要是為蘋果代工A14應用處理器，以及為華為海思代工麒麟1000系列5G手機處理器。
A14應用處理器
基於5nm的A14處理器，除了擁有更多的晶體管和更高的峯值時鐘速率外，蘋果還在架構上進行了改進，預計其單核性能會提升不少。
相較於單核性能，A14的多核性能存在更多變數。首先是因為製程工藝的升級，晶體管密度能夠大幅提升，蘋果或許會增加第三個大核，或者大幅改進小核心的性能，來提升多線程性能。根據A11、A12、A13整理的函數方程，A14的多核性能GB5的跑分為4500左右。但是MacWorld表示結合時鐘速率以及架構變化，實際多核性能有望達到5000分。
圖形性能上，A13處理器相較於A12有跳躍式提升，在3DMark Sling Shot Extreme Unlimited測試中，從A12的4000分左右直接跳到了6500分左右。而對於A14處理器的圖形性能，根據趨勢曲線估計會在7000分左右。但是，MacWorld表示除非出現了新的性能瓶頸，否則A14圖形性能將可能超過9500分。
MacWorld認為，得益於升級的5nm製程工藝，蘋果將會增加Neural Engine內核，並且可能進行架構升級，以帶來更好的神經引擎性能升級。
A14X處理器
今年3月，數碼爆料人Jon Prosser在推特發文表示，5G版iPad Pro有望年底發佈，將搭載A14X處理器。
麒麟1000
據悉，今年華為Mate 40將搭載麒麟1000芯片，該芯片基於台積電5nm製程，考慮到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高達103億個晶體管，如果麒麟1000使用5nm工藝，那麼其每平方毫米可能有多達1.713億個晶體管。
麒麟1000可能會採用Cortex A77架構，性能表現上將比麒麟990系列至少快30%，同時也更加省電。
還有一種説法是：華為海思今年會推出基於5nm製程工藝的麒麟1020，預計第三季度上市。麒麟1020將採用ARM Cortex-A78架構，麒麟1020每平方毫米也可容納1.713億個晶體管，其性能較麒麟990提升50%。麒麟1020處理器將由華為Mate 40/Pro系列手機首發。
網絡處理器
由於中國大陸正在大規模進行5G基礎設施建設，這給華為帶來了巨大商機，海思自研的基站芯片有了更大的發揮空間。據悉，海思最新的網絡處理器芯片也將採用台積電的5nm製程，並於今年下半年量產出貨。
傳説中的5nm芯片
今年只有蘋果和華為兩大客户，但2021和2022年，隨着台積電5nm工藝的成熟，產能的增加，後面排隊的另外幾個大客户也將進場。例如，高通新款5G手機芯片驍龍875及X60基帶芯片，英偉達新一代Hopper架構GPU芯片，AMD的Zen 4架構CPU，以及RDNA 3架構的GPU等，也將採用台積電5nm生產。此外，業界盛傳英特爾也會成為台積電5nm客户。
驍龍875和X60芯片
按照慣例，高通將會在今年12月發佈旗下最新的旗艦手機處理器驍龍875。作為高通主要面向明年安卓旗艦機型推出的處理器產品，驍龍875將會基於台積電5nm製程工藝。不久前，91Mobiles已經率先曝光了這款處理器的詳細信息。
曝光的信息顯示，驍龍875將會和驍龍X60 5G基帶芯片，以及新的射頻系統搭配，關於X60，有消息稱將會由台積電和三星5nm工藝打造。驍龍875處理器在高通內部的開發代號為SM8350。
爆料指出，驍龍875處理器將會擁有基於ARM v8 Cortex架構的Kryo 685 CPU，但目前還不能確定驍龍875採用公版架構還是會進行修改；支持毫米波以及sub-6GHz 5G網絡；擁有Adreno 660 GPU、Adreno 665 VPU（視頻處理單元）、Adreno 1095 DPU（分散處理單元）、高通安全處理單元（SPU250）、Spectra 580圖像處理引擎、驍龍傳感器核心技術、升級的Hexagon DSP、四通道LPDDR5、WCD9380和WCD9385音頻編解碼器。
爆料人稱，驍龍875將是該公司首款採用X60 5G基帶的芯片組，但目前尚不清楚它是集成還是外掛式的。
Zen 4架構CPU
AMD的Zen 4架構CPU有望在2021年推出，將採用台積電的5nm工藝製造。這將是業界首個5nm製程的x86處理器。
AMD的Zen 3處理器將於2020年底或2021年初發布，而Zen 4架構的EPYC霄龍處理器的發佈時間將會在2021年或者2022年初。
Zen 4對AMD來説至關重要，因為代號為“熱那亞”的數據中心處理器將會採用全新的SP5接口，新的接口將顯著改變處理器的I/O，並支持新的DDR5內存標準和PCIe 5.0標準。
RDNA 3架構GPU
今年3月，AMD公佈了GPU發展路線圖，不僅包含了去年夏天發佈的Radeon RX 5700 XT RDNA，還闡述了RDNA 2和RDNA 3。
其中，RDNA 3在功能方面能夠得到的消息還比較少，但從整體目標來看，AMD仍然希望能夠持續提高每瓦功率性能，功耗仍然是GPU總體性能的瓶頸，而更先進的製程工藝有助於提升功率效率。鑑於即將發佈的RDNA 2可能不再侷限於台積電的EUV 7nm+工藝，那麼RDNA 3可能會更激進的考慮採用台積電6nm或者5nm。
網絡處理器
今年3月，博通宣佈與台積電在CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）方面深入合作，用於製造其最先進的網絡處理器。
據悉，台積電和博通將支援業界首創且最大的兩倍光罩尺寸(2X reticle size)之中介層，面積約 1,700 平方毫米。該CoWoS 中介層由兩張全幅光罩拼接構成，能夠大幅提升運算能力，藉由更多的系統單芯片來支援先進的高效能運算系統，以發揮台積電5nm製程工藝的優勢。
Hopper架構GPU
有消息稱，英偉達下一代Hopper GPU已經預訂了台積電的5nm製程。目前，AMD正積極地採用7nm製程的做法使英偉達感受到了壓力，作為應對方案，他們已經為Hopper GPU預訂了台積電2021年的5nm產能。
其它
另外，2021年蘋果的A15應用處理器，華為海思將於明年推出的麒麟1100，及其最新的服務器AI和Arm芯片，也會採用台積電的5nm製程工藝。當然，2021年用的是升級版本的5nm製程，且產能也會大增。
再有，2021年，聯發科很可能會推出天璣2000系列5G芯片，將採用台積電的5nm製程。而英特爾近些年一直與台積電有合作，一些非核心CPU芯片，如AI處理器等，則交由台積電代工生產，明年，隨着台積電5nm產能上量，到時英特爾自研的Xe架構GPU也有望落地，這部分芯片交由台積電代工的概率也很大。
三星陣營
除了台積電，三星是另一家有能力量產5nm的廠商。最近，該公司宣佈其5nm開始量產，並搶下了高通和英偉達的訂單。不過，業界普遍認為，三星晶圓代工的5nm產能及良率在下半年仍然難以追上台積電，台積電有信心成為今年唯一能提供5nm量產的晶圓代工廠。
Exynos 1000
近期，三星新款處理器Exynos 1000曝光了。與三星其他處理器不同，這款產品採用了RDNA GPU技術，RDNA GPU技術是去年6月AMD授權給三星的，用以取代現有的Maili GPU。
據悉，Exynos 1000將會在今年底或明年初發布，採用5nm製程工藝。
Whitechapel
今年4月，谷歌正式宣佈和三星打造自研芯片，據外媒Axios報道，谷歌自研的SoC已經流片，將有望在Pixel系列手機上使用。這顆芯片代號叫“Whitechapel”，搭載的是8核CPU，採用三星5nm製程工藝。
另外，高通的5G芯片訂單，特別是基帶芯片X60，除了由台積電代工之外，還有一部分交由了三星生產。
結語
今年是5nm製程量產元年，明年將會實現更大規模的量產。到了2022年，除了以上提到的，還將會有更多的先進芯片湧現，由於產能相對稀缺，到時候，台積電和三星的爭奪戰肯定更加有看頭。