TechInsights：关于纳米的谎言

代工厂放任客户编造制造工艺谎言

许多人偶尔会谎报自己的年龄或体重，但若公司出现了谎报行为，则可视为虚假广告或至少构成了品牌稀释。最近的半导体市场就出现了这种情况，当时，两家领先的代工厂都放任客户声称他们采用了4纳米工艺，而实际使用的却仍是5纳米技术。这种情况让双方均形象受损，尤其是代工厂。而这背后，也意味着晶体管发展的缓慢。

这个问题最初始于三星。在与台积电下一个节点的长期竞争中，三星在交付5纳米芯片的一年后宣布将于2021年底交付生产4纳米芯片。如图1所示，台积电计划在5纳米和4纳米节点之间用两年时间，在2022年第2季度交付后者。为避免给三星耀武扬威的机会，台积电决定将其N4节点的进度“拉快”两个季度，以恰巧赶上竞争对手（参见MPR，“认为3纳米芯片值得等待的人数减少”）。首个（也是迄今为止唯一一个）使用N4的芯片是联发科的天玑9000。

图1：经修订的铸造工艺路线图。台积电声称已交付了2021年末生产的4纳米节点目标，只是当时误标为5纳米技术而已。

台积电可以突然从其通常严格而耗时的生产认证周期中足足挤出六个月的时间，对于这一点，我们本就应该感到怀疑。但是，当TechInsights分析天玑9000并发现关键工艺尺寸与台积电早期N5产品完全相同时，情况就不妙了（参见MPR，“Plus尺寸现可提供尺寸9000”）。该代工厂声称的4纳米产品是虚假的，正如联发科技声称拥有4纳米处理器一样。

与此同时，在一个“遥远的星系”……

与此同时，三星的智能手机部门正准备推出Galaxy S22，并注意到该公司自有的Exynos 2200采用4纳米技术制造，但高通的骁龙8 Gen 1（出现在一些S22型号内）采用5纳米技术制造。为避免客户对一种处理器（较于另一种处理器）的渴望，两家公司决定将8 Gen 1作为4纳米部件推出。因为三星生产这两种产品，所以它创造了一种称为4LPX的新工艺，像N4一样，只为一种产品服务。在分析了骁龙芯片后，TechInsights发现4LPX在物理上与5LPE没有什么不同。

讽刺的是，唯一使用真正4纳米技术的产品比假冒的4纳米产品表现更差。三星在将其4LPE工艺投入生产方面过于冒进，导致Exynos 2200高缺陷率和低能效——特别是在其新的图形引擎中（参见MPR， “Exynos 2200 首次搭载 AMD GPU”）。由于Exynos芯片供应有限，该手机制造商在大多数Galaxy S22型号中安装了骁龙处理器。

这些生产困境进一步促使高通放弃，转而针对台积电更新版的N4P创造了一种新版本的旗舰处理器，称为骁龙8+ Gen 1，我们认为这才是真正的4纳米技术。新版骁龙是首个公开的N4P产品，不过我们预计苹果的A16也会使用N4P。这两种芯片都已经投产，并将在9月份左右应用于手机。

台积电通常会给苹果一到两个季度的独家使用权来使用其最新的制造技术。看到高通出现在首批客户名单上令人惊讶，尤其是考虑到其基于骁龙的智能手机与苹果的iPhones直接全面竞争。台积电显然愿意打破苹果的独家地位，以便从三星手里夺取一项主要设计。（高通在许多其他产品上使用台积电，但过去几款旗舰处理器都是基于三星产品制造的。）

真相很难面对

为什么代工厂突然虚报其晶体管进展情况？这比承认进展疲软要容易得多。假冒的4纳米工艺和“真正”4纳米工艺之间的区别仅仅在于5%的光学收缩（10%的面积缩减）。即使是这小小的进步也打破了三星的产量模型，台积电花了两年时间才完成。两家代工厂预计明年将实现3纳米量产，而尽管他们在4纳米工艺方面奋力挣扎，却未能激发多少信心。

考虑到节点之间的间隔时间较长，代工厂可能会在等待下一个节点的同时提高速度、功率或产量（最终达到相同的效果）。例如，虽然4LPX与5LPE具有相同的尺寸，但前者可能会提供一些其他优势来证明其有资格获得新名称。但是在晶体管密度没有任何提高的情况下，名称应采用5LPX，以表明该工艺仍然属于5nm节点的范畴。大多数人用5nm或4nm的简写来代替完整的工艺名称，所以数字还是很重要的。

尽管伪造新节点可以让代工厂摆脱短期困境，但这对他们来说是有害的。吹捧一个假冒的4纳米里程碑并放任客户大肆宣传，会稀释代工厂品牌的价值。如果4纳米不是真正的4纳米，那么节点名称还有意义吗？如果可以重新命名一个较旧的工艺，为什么要为4纳米技术承担额外的成本呢？

一段时间以来，代工厂没有在节点数量和晶体管密度之间保持严格的相关性（参见MPR，“社论： 纳米狂热”）。但至少当他们在名称中采用一个更小的纳米数字时，就表明其已取得了一些密度方面的进步。公然将一个5纳米工艺重新标记为4纳米，则抹杀了节点编号的最后一丝意义。所以，当某个代工厂宣称其已达到下一个新水平的时候，直到拆机确认前，请切勿轻信。同样的道理也适用于那些吹嘘自己实现新制造技术的芯片供应商。随着摩尔定律磕磕绊绊走到尽头，最后留给我们的唯有谎言、该死的谎言以及那些毫无意义的节点名。