5nm芯片訂單爭奪戰打響_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：暢秋，謝謝。

進入2020年第三季度，台積電5nm芯片開始大規模量產，該產能也成為了眾IC設計大廠爭奪的目標。據悉，高通、AMD、聯發科、NXP等客户紛紛加速轉向5nm製程工藝，而且，後續5nm訂單還在不斷湧入台積電，因此，該公司還在不斷擴充5nm產能，目前的產能是6萬片晶圓/月，南科工業園的Fab 18工廠P3工程將於今年第四季度量產，明年第二季度P4工程還會進一步增加約1.7萬片晶圓/月。據悉，隨着這些工廠的擴產，台積電的5nm產能將從目前的6萬片晶圓/月，提升到接近11萬片/月。

而作為台積電唯一的對手，三星的5nm量產步伐有些滯後。為了加快追趕的腳步，三星今年在5nm產能建設方面又有新動作。今年2月，三星宣佈華城廠的7nm產線開始量產，且同樣在該廠的5nm產線預計今年下半年投產。

就在台積電宣佈投資120億美元赴美設廠後不久，5月21日，三星宣佈位於首爾近郊京畿道平澤市的全新12吋晶圓廠已經動工，預計2021下半年投產，將是運用EUV設備的5nm製程產線。

本週，韓國媒體ZDNetKorea報道稱，三星電子今年底將開始量產採用5nm製程的新一代手機應用處理器（AP）產品，除了用5nm製程製造應用處理器外，三星電子也將採用5nm製程量產手機調制解調器（基帶）芯片。

報道指出，三星電子將用5nm製程量產高通的驍龍875，以及5G基帶芯片驍龍X60，另外，還有三星自家的處理器Exynos 1000等產品。如果三星電子能按計劃從今年下半年開始大規模生產5nm製程芯片，將可以進一步縮小與台積電的技術差距。

你爭我奪

實際上，高通的先進製程芯片一直在台積電和三星這兩家產線之間擇優選用，以驍龍875和驍龍X60為例，今年早些時候有消息顯示，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，還有一部分交由三星生產。

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5nm製程工藝。今年早些時候，91Mobiles率先曝光了這款處理器的詳細信息。驍龍875將會和驍龍X60 5G基帶芯片，以及新的射頻系統搭配，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。

除了高通訂單之外，三星自家的Exynos 1000也會採用5nm製程，據悉，該手機處理器採用了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。

再有，今年4月，谷歌宣佈與三星合作打造自研芯片，據外媒報道，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。

與三星的5nm訂單相比，台積電豐富得多，目前，除了華為海思之外，約有7個客户在排隊等候台積電的5nm產能，包括蘋果、高通、AMD、英偉達、聯發科、英特爾、比特大陸。下面來看一下這些即將出爐的5nm芯片情況。

首先，海思的麒麟9000是台積電為華為趕製的5nm芯片，將用於下個月發佈的Mate40手機。考慮到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高達103億個晶體管，麒麟9000使用5nm工藝，其每平方毫米可能有多達1.713億個晶體管。該芯片可能會採用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。

蘋果是台積電最大客户，據悉，該公司基於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。

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。

台積電的另一大客户是AMD，該公司的訂單量增速迅猛。據悉，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。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。

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可能會採用台積電6nm或者5nm工藝。

另外，有消息稱，英偉達下一代Hopper GPU已經預訂了台積電的5nm製程。AMD積極採用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。

此外，聯發科的D2000也將在第四季度開始在台積電5nm產線投片，而英特爾自研的Xe架構GPU也很有可能於明年通過台積電的6nm或5nm製程生產。

3D封裝跟進

5nm不僅對晶圓加工設備提出了很高要求，相應芯片生產出來以後，後續的封裝水平也必須能夠滿足越來越高的要求。因此，無論是三星，還是台積電，都陸續推出了3D封裝工藝，以應對5nm，以及之後的4nm、3nm客户要求。

近期，三星公佈了自家的3D封裝技術，名為X-Cube，可用於7nm及5 nm製程。據悉，“X-Cube”取自英文eXtended-Cube 的縮寫。

X-Cube利用TSV 硅穿孔封裝，可讓多個芯片進行堆疊，製造出單一的邏輯芯片。三星在7nm製程的測試過程中，成功利用TSV 技術將SRAM 堆疊在邏輯芯片頂部，這也使得在電路板的配置上，可在更小的面積上裝載更多的存儲單元。該3D封裝技術的優點還包含芯片間的信號傳遞距離更短，以及將數據傳送、能量效率提升到更高水平。

三星稱，X-Cube可讓芯片工程師在進行客製化解決方案的過程中，能享有更多彈性，也更貼近他們的特殊需求。

三星表示，X-Cube已經在其自家的7nm和5nm製程上通過驗證，計劃和IC設計客户繼續合作，推進3D封裝工藝在下一代高性能應用中的部署。

台積電方面，幾年前就推出了2.5D封裝技術CoWoS，之後也陸續發佈了3D封裝技術。本週，該公司推出了一種晶圓級系統集成平台技術。

該技術平台包含了CoWoS和InFo這兩種封裝技術。據悉，該技術已經被廣泛應用到智能手機、數據中心、人工智能訓練等上百種產品上。在這個平台上，還有一個比較新，更具彈性的SoIC 3D堆疊技術，如F2F、F2B，CoW、WoW、LoL，以及LOM等。在芯片製造的前道工序實現。通過這項技術，能夠實現芯片之間更緊密的連接。

與此同時，台積電發佈了全新的3D Fabric，它將SoIC、InFO、CoWoS等3D IC平台整合在了一起，這是代表台積電最先進的系統級晶圓集成平台。這一新的命名能簡單表達製程整合的次序。例如前道整合，分別展現了芯片堆疊在晶圓、或者晶圓堆疊在晶圓上面。

5nm製程工藝量產已經鋪開，隨着推進腳步的加快，無論是甲方，還是乙方，在接下來的一年時間內，預估對相應產能的爭奪將趨於白熱化。