三星3nm制程工艺已成功流片 采用全环绕栅极晶体管技术

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三星3nm制程工艺已成功流片 采用全环绕栅极晶体管技术,第1张

6月30日消息,据国外媒体报道,在2015年为苹果代工的A9芯片在iPhone 6s上的续航能力不及台积电所生产芯片一事出现之后,三星就再也未能获得苹果A系列处理器的代工订单,苹果的订单也就全部交给了台积电,三星随后在芯片制程工艺和良品率方面,也始终不及台积电,在芯片代工商市场的份额也远不及台积电。

但在芯片制程工艺及代工市场连续多年落后台积电的三星,并不甘于落后,在7nm和5nm制程工艺未能先于台积电量产之后,他们把目标放在了更先进的3nm制程工艺上。去年就曾有消息称,为了在3nm工艺上领先台积电,三星修改了芯片工艺路线图,跳过4nm工艺,由5nm直接提升到3nm。

而外媒的报道显示,力求在3nm制程工艺方面领先台积电的三星,目前也传出了好消息,他们的3nm制程工艺已成功流片。

外媒在报道中,并未提及三星3nm制程工艺流片的具体时间,但成功流片,也就意味着这一制程工艺距离量产又更近了一步。

不同于台积电在3nm工艺上继续使用的成熟的鳍式场效应晶体管技术(FinFET),三星的3nm工艺,采用的是全环绕栅极晶体管(GAA)技术,这也就需要不同的设计和验证平台。

外媒在报道中也提到,三星3nm工艺,采用的是Synopsys公司的Fusion设计平台,三星3nm制程工艺成功流片,是两家公司广泛合作的成果,也将加速这一工艺的量产。

三星2021 Q2 财报显示设备解决方案业务已经成为了营业额(160亿人民币)和利润(45亿人民币)最高的业务,而半导体业务占设备解决方案整体营收(120亿人民币)的772%,利润(38亿人民币)的842%。第二季度,三星的半导体业务实现了25%的同比增长,也因此超过intel成为Q2季度销售额最高的半导体公司。

其实这并不是三星第一次在营收上超过intel,在2017年和2018年三星都力压intel成为当年营收第一的半导体厂商。

三星是全球最大的存储厂商,而存储产品则是集成电路产品占比份额最大的品类(约32%),其中DRAM和NAND则是存储产品中最重要的两种产品,而这两种产品正是支撑三星半导体业务的最主要的两大产品。DRAM占存储品类约60%。

因为电子行业的几乎所有产品都会需要存储产品,出货量极大的内存芯片与原油一样属于大宗商品。内存芯片的行价可以精准地反应供需之间的关系,可以说即便是1%的供给量变化,都可以极大程度地影响整个市场。所以这也就造就了三星在半导体市场上极大的话语权。

目前存储行业势头良好,第二季度行业实现了24%的环比增长;同为内存供应商的SK海力士和美光第二季度的销售额分别增长了21%和16%。物联网、大数据、云计算等产业的发展,对智能设备的需求在未来会保持增长的趋势。因此属于存储市场的周期,在短时间还不会过去。

众所周知的是,三星在各个产业都有布局。三星电子主要有三大业务板块,消费电子类、IT及手机通讯类、设备解决方案;其中设备解决方案包含半导体和显示屏幕两个业务单元组成。同时,因为华为被美国制裁让出了极大份额的手机市场,三星的手机市场也在疯狂扩张,而手机市场的蓬勃发展也可以极大地刺激内存市场的需求,这让三星形成了良好的商业循环。

三星集团旗下共有多达85家子公司,除了三星电子,三星电机,三星物产等公司都是三星半导体事业的可靠后盾。2019年三星年收入19万亿,这一数字超过了韩国当年的GDP1647万亿。半导体行业是对资金要求极高的行业,9月初消息称三星将会在美国耗资170亿美元建立位于美国的第二家代工厂,三星集团的强大财力对太多半导体厂商来说都是可望而不可及的。

高度依赖闪存市场的周期,2017年和2018年三星成为市场第一,两次销售额分别增长了488%和192%。这种高度增长反映了三星半导体业务的不稳定性,这也使得三星在闪存市场不景气的2019年销售额出现了197%的大幅度下降。

为了巩固自己半导体产业三星已经建立了属于自己的代工厂,财大气粗的三星在代工业也是名列前茅。

然而在代工领域,三星没有存储产品那样的绝对实力。从技术角度来看,三星的技术显然是落后于台积电的。三星曾经和台积电都在2015年为苹果代工A9处理器,由三星代工采用14nmFinFET技术的A9芯片功耗明显高于台积电用16nmFinFET技术代工的A9处理器。此后,三星为高通代工了以发热闻名的骁龙888,更是再一次暴露三星技术的短板。

可以看到,三星在代工市场营收是呈下降趋势的,赶不上台积电的同时也在承受着来自联电,中芯国际的追赶。虽然在技术方面上还是领先于中芯国际等,但三星并不领先正在进军代工市场的intel。根据intel公布的技术路线图,intel将于2024年达到2nm制程,而早前有消息称,三星预计2024年量产的3nm产线,在开发3nm GAA技术的研究进程受阻。而且就已经实现的技术来说,同为10nm制程,intel的晶体管密度是三星的两倍。

在半导体供应链安全如此紧张的情势下,韩国政府会倾一切力量去保护本国的半导体企业,更何况三星所掌握的是在整个集成电路里都举足轻重的产品。作为韩国最大的财团,三星可以说把握着韩国的经济命脉,三星乃至整个韩国的半导体产业也正是因为韩国政府的大力支持才得以在日美竞争中突出重围。

今年四月拜登政府在白宫就半导体供应链安全问题召集20多家半导体企业参与听证,其中三星与台积电是唯二两家非美国本土企业的半导体厂商,足以看出三星在半导体产业链上的重要性。韩国与美国的关系不言而喻,但韩国出口的芯片中有三分之一销往中国。以三星为代表的韩国芯片如何选择成了关键点。

在外界纷纷猜测韩国会倾向哪一边时,韩国政府似乎选择领走一条路,不依托任何力量,成为半导体强国。今年文在寅政府发布的K半导体战略,对半导体领域的税收优惠提高到原有水平的六倍,对于研发投资,政府将免去50%的税收。三星在京畿道的半导体代工厂,计划成为世界上最大的芯片生产基地。

这场看似厂商之间的竞争,早已成为了国与国之间的博弈。韩国没有选择美国,更不会选择中国。这一点,不难理解。

三星乃至整个韩国半导体的崛起,都与“逆周期投资”这一个关键词息息相关。在以intel为首的美国半导体企业与东芝为代表的日本半导体企业血雨腥风的斗争中。韩国半导体不计成本地在半导体行业投入,终于迎来了行业的回暖。

从整个产业链结构上来说,由于存储芯片标准化程度较高,只有规模生产降低成本才能赢得市占率。对于周期行业,产业链的一体化是提高抗周期能力的重要因素,所以存储芯片厂的设计和制造最好可以紧密结合。这一点在国内的存储厂商的发展历程也可以得到印证。没有自己的制造线的紫光国微最终放弃了存储器业务,而采用IDM的合肥长鑫的19nm DDR4内存芯片良率已经达到75%,2020年第12英寸晶圆厂已经达到4万片/月产能。

逆周期并不意味着违背市场规律,从1984年到1987年,三星承受着接近1200亿韩元的亏损发展半导体业务,事实证明了三星的坚持是正确的。

而因为DRAM市场后来者太多,选择停止研发并退出DRAM市场的intel,在看到当下的三星时,心中又作何感想,或许也只有摩尔本人知道了。

苹果这次是在耍大牌啊,台积电的CPU和三星的,续航时间差了30%,坑爹。你用在同样的产品上面,你好歹选个差不多的东西啊。6S我绝对不会买,这是对消费者的不负责任,如果苹果继续这样下去,会丢失客户和市场。不过话说回来,安卓不争气啊,老是卡巴死机,不然我绝对不会选苹果。

若您想要了解A9000(A9 2016)的规格参数,请参考以下介绍:1屏幕:6英寸Super AMOLED屏,分辨率:1920 x 1080 (FHD)。2外形体积:1617 x 809 x 74mm;重量200g。3外壳颜色:金色、白色、粉色(以实际销售为准)。4CPU(处理器):四核18GHz+四核14GHz。5内存:总ROM内存为32GB;总RAM内存为3GB;存储卡最大支持128GB MicroSD卡。6摄像头:后置摄像头1300万像素,前置摄像头800万像素。7蓝牙版本:蓝牙41。8USB采用20接口。9电池容量为4000mAh。 非三星品牌机型的相关参数,目前我们没有相关的针对性资料,建议您咨询下该品牌的经销商或客服获取三星与其他品牌产品对比,品牌不同,产品的设计理念、配置等也是不一样的,各有优势建议根据需求及喜好选择合适的机型。

  一、如何查看a9处理器是三星还是台积电

  首先来说,由于庞大的市场需求量,苹果手机的处理器是同时交由台积电和三星两家厂商代工生产的,而根据公开的资料显示,由三星代工的A9处理器采用的是14nm工艺,而由台积电代工的A9处理器则采用的是16nm工艺。

  其次,虽然两者都在代工生产A9处理器,但其采用的架构和性能基本都没有多大的差别!

  但是,不少的人在对两者进行对比后,发现采用不同工艺生产的A9芯片使用的差距还是比较大的,那么,我们如何去分辨自己的手机上搭载的A9处理器到底是三星、还是台积电生产的:

  1、打开苹果手机内置的Safari浏览器,登录下载一款名为“A9Identifier”的插件(访问地址:http://demohirakutw/CPUIdentifier/)

  2、下载完成后,进入手机的“设置”-->“通用”-->“描述文件”,将刚下载的插件设置为信任。

  3、安装运行该插件,就可以成功检测出你的处理器是三星还是台积电的

  (1)检测到的结果显示为Samsung,这是三星代工的

  (2)检测到的结果是TSMC,这是台积电代工的

  通过以上操作方式,我们就可以成功的检测到自己手机的处理器到底是三星还是台积电代工的!

ipad的a9处理器是第5代处理器。苹果A9处理器是苹果公司于2015年9月9日发布的一款处理器。这款处理器是苹果公司的第三代64位双核移动处理器,采用14纳米工艺技术制造。它具有1850 MHz的2个核心Twister。

A9芯片分批次由三星和台积电分别代工,三星为14nm工艺,台积电为16nm工艺,但Chipworks拆解所看到的只是14nm的版本,不排除16nm版本被用于体积更大的iPhone 6s Plus或者iPad Pro的可能性。

A9处理器的其他情况简介。

GPU方面,A9采用并非定制八核,而是六核心,而从实际性能测试来看,其与A8X定制的八核GPU PowerVR GX6850持平,极有可能是PowerVR Series7XT系列。

相比A8来说,A9的三级缓存似乎从4MB提升至8MB,同时其二级缓存大小可能是3MB。这样的缓存大小已经达到了移动版Core i7处理器的级别。

CPU门事件背景: iPhone6s与iPhone6s Plus苹企业同使用三星与台积电代工A9芯片按惯例看三星产A9芯片使用14纳米制造工艺并且三星着熟苹A系处理器代工经验相比台积电使用则16nm

每次苹果发布新的设备,新处理器都是其中最吸引人的元素之一,而每一次苹果新处理器带来的强悍性能和极为出色的能耗比表现都令人惊讶。这一次,苹果又为我们带来了A9系列处理器:包括使用在iPhone上的A9和iPad上的A9X,那么它们到底有多强?能否成为了人们眼中新一代移动设备的性能标杆呢?

苹果A9系列处理器登场

在iPhone 6s和iPad Pro上,最让人们感兴趣的除了新的配色、设计和功能外,就是全新的A9处理器了。这次,苹果A9处理器一如既往的不负众望,不但工艺升级,整体架构设计也大跃进,堪称目前最先进的移动处理器。A9系列处理器分为了两款,一款是被应用在iPhone 6s和iPhone 6s Plus中的A9,另一款则是用在iPad Pro中的A9X。不过由于iPad Pro要到11月份才会正式推出,因此目前玩家主要的目光都集中在iPhone 6s系列的A9处理器上。

在苹果发布会和随后的网页宣传中,苹果宣称A9是其“第三代”64位移动处理器,拥有的架构属于“台式电脑级”架构,整体性能相比前代产品提升“70%”之多,图形性能提升高达“90%”。有关这几个词汇的具体含义,我们下文来一一解读。

“第三代”64位处理器

苹果是全球第一家发布并实际应用ARM指令集的64位移动处理器的厂商。第一代的64位移动处理器型号为A7,第二代为A8,而A9就是最新的第三代。我们先来看看A9的具体信息。A9处理器的CPU部分基于ARMv8-A架构,ARMv8-A架构是ARM旗下的面向移动计算的64位指令集架构。这个架构设计灵活而强大,兼容16位、32位和64位指令集,支持64位通用寄存器、SP(堆栈指针)和PC(程序计数器)、支持64位数据处理和扩展的虚拟寻址,是目前最主要的移动计算架构之一。与此类似的是,ARM自家的Cortex-A53、Cortex-A57、Cortex-A72以及高通自行设计的Kryo、英伟达自行设计的丹佛架构,都基于ARMv8-A(可能在部分细节上略有不同)。从这一点来说,A9和目前主流的处理器产品差别不大。

A9 CPU:性能提升70%

继续看A9处理器,和之前的A7、A8类似,A9处理器依旧采用了双核心CPU设计,不过主频被提升到了18GHz,主频的提升和新的架构设计以及新工艺的应用都有一定关系(后文还有详细解读),这也是苹果近几代来首次如此大幅度提升处理器主频,之前的A6、A7和A8的主频都基本维持在13GHz到14GHz。

更细节的一些资料显示,A9的一级缓存非常大,每个核心拥有64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存,二级缓存为3MB,三级缓存更是高达8MB。这基本上和桌面PC相当(或许这也是苹果“台式电脑架构”的宣传语来源之一)。从缓存角度来说,更大的缓存可以提高数据命中率、降低数据延迟甚至提升能耗比等,A9在这方面做得非常大方。

在CPU架构的具体改进方面,目前没有可靠的资料,连架构代号都不清楚,只知道是继续在之前A8的CPU架构上做出了大幅度改进。之前A8相对于A7改进其实并不大,只是增加了诸如整数乘法单元的数量,改善了浮点加法和整数乘法的延迟,并且调整了分支预测和缓冲等,同频率整体性能提升大概在15%到20%左右,因此A8的CPU可以称作是A7的CPU改进增强版。当时苹果这样做的原因可能是受制于工艺,28nm工艺进化至20nm的半代工艺本身改善就很有限,因此在保证功耗的前提下,能够这样的性能提升实属不易。

不过在A9上,全新的FinFET和全代14nm或者16nm工艺的应用,使得苹果可以大刀阔斧的改进CPU架构,加入更多的执行单元同时大幅度提升处理器内部的执行效率。因此A9相比A8应该有更为革命性的变化。目前根据GeekBench的测试来看,A9的CPU部分性能单核心高达2500分左右、多核高达4400分,相比之前A8的1600分和2800分,A9所宣称的提升70%也基本靠谱。至于更细节的内容,我们将继续等待详细的资料流出,然后再专门撰文介绍给大家。

A9的GPU:90%提升可期

A9的CPU信息目前还不是很明确,不过在GPU方面资料就丰富多了。根据目前的资料和拆解情况来看,A9使用了PowerVR最新的第七代PowerVR GT7600 GPU。这颗GPU的性能极为强悍,属于PowerVR 7XT家族中的中高端产品。PowerVR 7XT家族共有GT7200、GT7400、GT7600、GT7800和GT7900五款产品,其型号数字的第二位代表了有多少个统一着色器簇(Unified Shading Cluster,简称USC,和英伟达的SMM、SMX以及AMD的CU类似,都是一组完整的着色器集群的称呼)。比如这次的GT7600,就拥有6个USC,每个USC有32个ALU,因此总计有192个ALU核心。相比之下,上一代的A8采用的是PowerVR GX6450,隶属于PowerVR 6XT家族,拥有4个USC,每个USC还是32个ALU,总计128个ALU。仅仅看着色器数量,A9就比A8多了50%,再加上GPU频率提升等因素,A9的具体图形性能表现值得期待。

其他功能方面,PowerVR 7XT增加了“Tessellation Co-Processor”也就是处理曲面细分的相关协处理器,能谱配合VDM(Vertex Data Master,顶点数据管理器)实现完整的硬件曲面细分功能。此外,几何前端的顶点数据管理器的几何性能也翻了一番,计算数据管理器也大幅度提升了速度。在计算能力方面,SFU和ALU可以并发操作,效率更高。

目前也有部分测试成绩给出,iPhone 6s的GPU表现令人震惊。在GFXBench的Manhattan 30中,iPhone 6s和iPhone 6s Plus的GPU成绩高达39fps左右,基本上达到了iPhone 6系列的208fps的一倍,看来苹果宣称的提升90%所言不虚。对比Android机型,目前最强的骁龙810也仅仅只能跑出25fps左右,可见A9 GPU性能的强大。总的来看,综合功能提升、性能提升、USC数量提升等,苹果A9的GPU又一次拿下了手持移动设备GPU王者之位。

全新工艺:两种处理器

苹果在A9上启用了全新的工艺。和之前一样,苹果往往不太会“把鸡蛋放在一个篮子”,而是根据不同的情况,选择台积电或者三星作为自己的代工合作伙伴。这一次,苹果同时选择了两家,因此最终的具体产品型号有所差别。

经过拆解和确认,目前iPhone 6S和6S Plus中存在两种不同型号的处理器,如果名称是APL0X98/5X98,那么说明其来自三星;而如果是APL1022这样以“1”开头的处理器编号,则说明来自台积电。

那么,苹果在同一款产品上使用不同的处理器,是否会有性能和功耗的差异呢?答案是:应该没有。首先来看工艺。台积电的16nm FinFET工艺和三星的14nm FinFet工艺看起来数字上差了“2”,实际上属于同代工艺,“16”和“14”的不同,更多的是考虑到了商业宣传角度,因为工艺的名称比如“22nm”、“28nm”、“16nm”等,只是晶体管生产中栅极的最小线宽,它是一个极限值,而不是典型值或者普世值。在芯片生产中,有大量不同的部件,它们的尺寸和结构都远大于“最小线宽”,不仅如此,影响芯片性能的还有材料、设计、制造精度等诸多因素,最小线宽只是其中之一,况且整个芯片中,栅极的线宽也并非都是同样尺寸,也是有大有小。因此,所谓的22nm、16nm、14nm等,只是一个宏观上代表工艺代次的数据,同代次的工艺往往性能不会有太大差距。其次,对苹果而言,提供给消费者稳定、可靠、无差别的产品才是最重要的,因此无论哪种工艺,应该不会有性能功耗等方面的差别,这一点从随后对部分产品的拆解中随机出现不同型号的芯片上也得到了证实。另外,从另一个角度来说,苹果手机中使用的存储芯片往往来自多家供应商,比如SK现代、三星等厂,也从来没有出现过问题。这次仅仅是处理器来自多家供应商而已,并没有什么特别值得大惊小怪的。

在芯片面积上,A9的封装面积稍大于A8,目前A9的封装面积为145mm×15mm,比A8的135mm×145mm大了10%不到。根据芯片的X光照片推算的话,三星代工的A9的芯片面积应该是94平方毫米,比A8的89平方毫米稍大了一点。晶体管数量方面,A9的晶体管数量大约在30亿到35亿左右,比A8的20亿来说是“暴增”,这主要还是拜8MB的三级缓存所赐。如果用桌面处理器来对比的话,英特尔Core i7-6700K处理器同为14nm工艺,核心的封装面积大概在122平方毫米左右,晶体管数量不详,参考之前的Haswell的晶体管数量最高端版本大约在20亿左右,我们假设Core i7-6700K的数量应该不会超过35亿。由此可见,苹果A9的晶体管密度还是相当可观的。

苹果历代A系列处理器回顾

实际上,苹果并非处理器设计“专业户”,早前的三款iPhone处理器型号分别是PAL0098、APL0278、APL0298,虽然都出自于苹果产品,但是架构方面多采用的是ARM官方架构,并且设计也并非苹果,而是三星和其他公司。苹果首款自行设计的处理器为A4,搭配了划时代的iPhone 4发布。实际上,A4处理器依旧使用了Cortex-A8架构,只是苹果做出了深入优化,使得功耗和性能表现更为出色。在这款处理器上,苹果首次开始考虑改动核心架构,比如将Cortex-A8的部分处理器接口做出调整,并且将L2缓存从原始设计的512KB增大到640KB。

随后的苹果A5处理器采用了双核心的Cortex-A9方案,这也是苹果首款双核处理器。而其继任者A6是苹果首款自行研发核心架构的处理器,被称为Swift,它和当时市场上所有的基于ARM指令集的CPU在核心架构设计上都存在巨大差异。Swift的解码模块增加到了三个(Cortex-A9只有2个)、为FP Add、FP Mul、Load/Store都增加了独立的端口。Swift的改进相当成功,整体性能相比之前的Cortex-A9提升了大约37%左右,功耗却没有明显增加。Swift的出现,向人们展示了苹果强悍的研发实力,也标志着苹果从芯片设计开始,一直到产品总成,甚至软件、销售等,掌控了整个移动计算设备研发、生产、销售的全产业链。接下来的苹果A7、A8、A9都采用了64位设计,尤其是A7,是全球首款64位设计的移动处理器产品。A8则奠定了苹果在高端移动处理器上的皇者地位。从A4到A9,苹果从“拿来主义”逐渐变成“实用主义”,最后华丽变身为“设计主义”。

总的来说,尽管目前给出的资料还不是那么的深入、丰富,但我们依旧可以从CPU、GPU以及工艺设计的改进上看出,苹果全新的A9系列处理器并没有让我们失望,从一些测试成绩来看称它为目前最顶级的移动处理器之一也完全没有问题,我们在后续拿到实机后也会带来更加详细的测试解读,敬请期待。