解析14/16nm制程 英特爾依然狠甩臺積、三星？ - 全文

　　近日合作媒體《天下雜志》一篇〈臺積電真的超越英特爾？大客戶這樣吐槽……〉討論臺積電、三星的技術(shù)節(jié)點數(shù)字恐怕做過美化的問題引起不小的關(guān)注，這樣的問題其實在先前即為半導體業(yè)界所持續(xù)論戰(zhàn)，并在蘋果 A9 芯片門事件，iPhone 6s A9 處理器分由臺積電、三星代工時討論來到最高峰，以實際情況而言，臺積電、三星制程技術(shù)真的跟英特爾差很大？

　　半導體三雄納米制程到底在爭什么？

　　臺積電、三星與英特爾的先進制程競賽打得火熱，在目前 14/16 納米之后，制程戰(zhàn)一路來到了 10 納米。這些數(shù)字背后的意義其實指的是“線寬”，精確一點而言，就是金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）的閘極長度（Gate Length）。

　　場效電晶體用閘極來控制電流的通過與否，以代表 0 或 1 的數(shù)碼訊號，也是整個結(jié)構(gòu)中最細微、復雜的關(guān)鍵，當閘極可以縮小，電晶體體積也能跟著縮小，一來切換速度得以提升，每個芯片能塞入更多電晶體或縮小芯片體積；再者，當閘極長度愈小，閘極下方電子通道愈窄，之間的轉(zhuǎn)換效率提升、能量的耗損也能降低，收減少耗電量之效，但當閘極太薄，源極與汲極距離愈靠近，電子也可能不小心偷溜過去產(chǎn)生漏電流，加以也有推動力不足的問題，這也是為何制程微縮難度愈來愈高；臺積、英特爾與三星群雄間爭的你死我活的原因。

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　　三者 14/16 制程節(jié)點數(shù)字都灌水？

　　包含半導體芯片和系統(tǒng)還原工程與分析廠商 ChipWorks、Techinsights 與半導體分析廠商 Linley Group 都對臺積電、三星、英特爾 16/14 納米做過比較。

　　從 Linley Group 與 Techinsights 實際分析的結(jié)果，包含英特爾、臺積電與三星在 14/16 納米實際線寬其實都沒達到其所稱的制程數(shù)字，根據(jù)兩者的數(shù)據(jù)，臺積電 16 納米制程實際測量最小線寬是 33 納米，16 納米 FinFET Plus 線寬則為 30 納米，三星第一代 14 納米是 30 納米，14 納米 FinFET 是 20 納米，英特爾 14 納米制程在兩家機構(gòu)測量結(jié)果分別為 20 納米跟 24 納米。

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　　英特爾技術(shù)真的依然狠甩臺積、三星？

　　調(diào)研 The Linley Group 創(chuàng)辦人暨首席分析師 Linley Gwennap，在 2016 年 3 月接受半導體專業(yè)期刊 EETimes 采訪時，也透露了晶圓代工廠間制程的魔幻數(shù)字秘密，Gwennap 指出，傳統(tǒng)表示制程節(jié)點的測量標準是看閘極長度，但在行銷的努力下，節(jié)點名稱不再與實際閘極長度相符合，不過，差距也不會太大，Gwennap 即言，三星的 14 納米約略等于英特爾的 20 納米。Gwennap 認為，臺積電與三星目前的制程節(jié)點仍落后于英特爾，以三星而言，14 納米制程稱作 17 納米會較佳，而臺積電 16 制程其實差不多是 19 納米。

　　但美國知名財經(jīng)博客 The Motley Fool 技術(shù)專欄作家 Ashraf Eassa 從電子顯微鏡圖來看，認為英特爾、三星甚至臺積電在三者 14/16 納米制程差距或許不大。Ashraf Eassa 對比英特爾 14 與 22 納米，以及三星 14 納米的電子顯微鏡圖，其指出，英特爾 14 納米側(cè)壁的斜率要比 22 納米垂直，根據(jù)官方的說法，這能使英特爾的散熱鰭片（fin）更高更瘦，以提升效能。

　?。⊿ource：The Motley Fool）

　　而三星 14 納米制程電子顯微鏡圖相較起來，和英特爾 14 納米制程還比較相近，加以 Ashraf Eassa 用臺積電宣稱 16 納米 FinFET Plus 能比三星最佳的 14 納米技術(shù)在相同功率下，效能能比三星提升 10% 來推測，臺積電 16 納米 FinFET Plus 的晶體管結(jié)構(gòu)應與三星相差不遠，甚至鰭片（fin）會更加細長。

　?。⊿ource：The Motley Fool）

　　然而，線寬并非衡量半導體制程的唯一條件，也并非半導體廠技術(shù)能力的唯一評定標準。

　　就像調(diào)研 International Business Strategies（IBS）創(chuàng)辦人暨CEO Handel Jones 所言，沒有一項單一的測量方式就能評定技術(shù)的效能、功耗以及電晶體密度。Jones 進一步指出， M1 金屬層間距是重要的，但局部互連（local interconnect）也可能影響芯片閘的密度與效能，閘極間距對閘極密度重要，但散熱鰭片（fin）對性能影響同樣甚鉅。

　　另外，耗電量的不只是閘極長度而已，包括：材料種類、元件結(jié)構(gòu)、制程品質(zhì)等等都會有影響。也因此，分析師們對英特爾、臺積電、三星制程技術(shù)孰優(yōu)孰劣仍是莫衷一是。Gwennap 認為，如同 14 納米制程，英特爾 10 納米制程同樣會優(yōu)于臺積電和三星；Jones 覺得英特爾與臺積電到了 10 納米制程效能應能旗鼓相當；VLSI Research CEO G. Dan Hutcheson 則語帶保留指出，臺積電 10 納米將大幅超越英特爾 14 納米節(jié)點，但其也稱英特爾 14 納米節(jié)點目前維持了兩年，臺積電已發(fā)展到 10 納米與 7 納米計劃，正以比其他廠商都還要快的速度在前進。

　　從幾位分析師的說法，可以看出英特爾在技術(shù)上仍有所領(lǐng)先，但領(lǐng)先的幅度已慢慢縮小，而對客戶而言，看的更不僅僅是技術(shù)領(lǐng)先與否，包含良率、耗電量等因素都在考量范圍之內(nèi)，而非只有制程一項因素而已。如果光從數(shù)字就可評斷，那在先前蘋果 A9 芯片門事件也不會因此而鬧得沸沸揚揚了，畢竟三星的整體數(shù)字是優(yōu)于臺積電。

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　　（首圖來源：臺積電官網(wǎng)）