iPhone13或將使用增強版5nm芯片

據(jù)市場情報公司 TrendForce 的一份最新報告預測，蘋果或將在 2021 年的新 iPhone13 中采用更先進的 A15 芯片，該芯片或將采用臺積電的 N5P 工藝（臺積電推出的 5 nm 極紫外 EUV（N5）制程的性能增強版本），可生產(chǎn)增強型的 “5nm+” 芯片，預計明年第三季開始投片。

對蘋果公司來說，與自研芯片同等重要的是，只有占據(jù)最新芯片工藝制程產(chǎn)能，才能牢牢把握產(chǎn)品性能領先。談及使用使用 5nm 技術對用戶的好處，國內(nèi)某芯片研究院的研發(fā)負責人認為：“臺積電工藝的改進加上蘋果系統(tǒng)架構和設計上的改進，共同帶來了芯片硬件上的提升，由于驅動能力、功耗、集成度和設計等方面的優(yōu)化，從用戶體驗來說，手機運行會更加流暢，發(fā)熱更低，手機待機時間更久，同時可能實現(xiàn)更多的應用場景，例如 VR 相關的應用或游戲等?！?/p>

此外他還認為：“蘋果在軟硬件協(xié)同優(yōu)化上優(yōu)勢很大，硬件改進后，從底層系統(tǒng)到應用上會相應地做優(yōu)化和提升，把硬件提升的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，一般的安卓手機，軟硬件大多是分離的，可能比較難做到這一點。

對于 “iPhone 使用增強版 5nm 芯片后，iPhone 13 就可以集成基帶” 的說法，該負責人認為：“集成基帶跟工藝制程的關系不大，和設計以及 IP 方面的關系更大。”

事實上，5nm 芯片的商用今年已經(jīng)如火如荼，基于 5nm 先進工藝的華為麒麟 9000 手機 Soc 順利推出，但由于美國技術禁令影響，臺積電在 2020 年 9 月 15 日之后無法再向華為出貨該旗艦芯片，“麒麟絕唱” 讓人唏噓，能否解禁有待觀望。

如今，蘋果發(fā)布 iPhone 12 并正式使用 A14 芯片，搶占臺積電 5nm 芯片產(chǎn)能。此外，近期三星聯(lián)合 vivo 發(fā)布了全球第三款 5nm 手機芯片 Exynos 1080，高通預計也將在 12 月初公布 5nm 芯片驍龍 875 處理器。

TrendForce 還預測，蘋果將在大約兩年時間內(nèi)采用 4nm 工藝，這意味著 “A16” 芯片可能最早采用 4nm 工藝，蘋果仍有可能最先嘗鮮。

對此，美國某量測設備供應商技術專家、知乎大 V “多克特梨” 認為：“臺積電不會公布任何技術細節(jié)，從 N5 到 N5P 還在同一技術節(jié)點，關鍵層應該是 EUV 曝光。如果聲稱提高電池壽命，那肯定是在漏電流控制上做文章，降低單個 FinFET 的能耗，至于怎么實現(xiàn)，目前完全不清楚。不過 N4 工藝，我個人猜測，依然是 N5 改進版，而且是 FinFET。三星率先宣布攻堅 N3 GAA（GAA 即 Gate-All-Around，環(huán)繞式柵極技術），臺積電應該是重點押寶 N2 的 GAA 了?！?/p>

因為今年 A14 的實際性能并不讓人滿意，按照蘋果官方公布數(shù)據(jù)，A14 的 CPU 相對于 A13 只提升 17%，GPU 只提升 10%，這性能提升幅度有點 “擠牙膏” 的跡象。要知道，今年蘋果 A14 采用臺積電 5nm 工藝，集成 118 億個晶體管，內(nèi)核面積僅為 88 平方毫米，密度為 1.34 億個晶體管 / 平方毫米。

作為對比，上代 A13 使用的是臺積電 7nm 工藝，集成 85 億個晶體管，內(nèi)核面積 94.48 平方毫米，密度為 8997 萬個晶體管 / 平方毫米。

根據(jù)臺積電的宣傳，5nm 工藝最高可以做到 1.713 億個晶體管 / 平方毫米的密度，蘋果 A14 距離理論值差了不少，只發(fā)揮出來不到 80％，但據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，A14 提升幅度較小，主要可能因為臺積電的 N5 工藝良率低，蘋果不得不限制一些核心能力的提升幅度。

5nm 以后芯片設計難度是怎樣的？從芯片制程物理極限角度來說，今后的芯片性能提升是否會越來越困難？

對上述問題，西南交通大學信息學院電子工程系副系主任邸志雄博士告訴 DeepTech：“5nm 以后，芯片設計將不得不面臨更加復雜的物理效應問題，如時序優(yōu)化、寄生參數(shù)、擁塞預測等復雜度遠遠高于現(xiàn)有工藝制程，給 EDA 和代工廠商帶來了巨大的壓力。5nm 帶來了單位面積更高的集成度，芯片驗證技術也需要更大規(guī)模、更多層次化軟硬協(xié)同驗證才能更適合市場研發(fā)周期的需求。從披露的臺積電和三星研發(fā)進度來看，5nm 之后還會有 3nm、2nm、1nm，晶體管結構也從 FinFET 演變?yōu)?GAA，芯片性能的提升將會碰到越來越多的困難，Chiplet 技術也將是解決芯片性能提升的一個重要技術?！?/p>

圖｜臺積電的新一代 3D 堆棧封裝工藝 SoIC

5nm 產(chǎn)能硬仗，臺積電或成最大贏家

盡管新冠疫情對全球經(jīng)濟產(chǎn)生了負面影響，但 AIoT、遠程教育、5G 智能手機滲透率不斷提高以及電信基礎設施建設帶來的推動，半導體市場逆勢上揚。據(jù) TrendForce 調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，預計 2020 年全球晶圓代工收入將同比增長 23.8％，為十年來最高，根據(jù)各代工廠客戶訂單的狀況，當前高端芯片產(chǎn)能的緊張供應至少會持續(xù)到 2021 年第一季度。

低于 10nm 節(jié)點的先進工藝，目前臺積電和三星的晶圓產(chǎn)能都已接近滿負荷運轉，同樣，由于預計 4nm、3nm 工藝將分別在 2021 年和 2022 年投放市場，因此 ASML 的最先進 EUV 光刻機也已成為高度追捧的稀缺設備。

5nm 工藝技術是目前量產(chǎn)芯片的最先進節(jié)點，在美國制裁禁止臺積電向華為供貨后，蘋果成為臺積電 5nm 手機芯片的唯一客戶，此外，蘋果為其內(nèi)部開發(fā)的 Mac CPU 和服務器中使用的 FPGA 加速器正在迅速搶占訂單，拿下華為離開后剩余的晶圓產(chǎn)能。

清華大學信息國研中心鄧辰辰博士表示：“采用制程更先進的芯片，將會給手機產(chǎn)品帶來顯著的性能和能效的提升。先進工藝是能夠實現(xiàn)高速率、低功耗、高集成的5G芯片產(chǎn)品重要支撐條件。同時，先進工藝也意味著研發(fā)和制造成本的上升?！?/p>

展望 2021 年，蘋果公司為 A15 仿生 SoC 需要 5nm + 晶片外，AMD 5nm Zen 4 CPU 的小批量試生產(chǎn)也將拉開序幕，這些產(chǎn)品將有助于臺積電明年的 5nm 產(chǎn)能利用率維持在 85-90% 的區(qū)間。

需要指出的是，從 2021 年末到 2022 年，聯(lián)發(fā)科、英偉達和高通公司也將開始 5/4nm 的量產(chǎn)，而 AMD 將加大 Zen4 處理器的生產(chǎn)。此外，首批外包的 5nm 英特爾 CPU 也有望在 2022 年在臺積電投產(chǎn)，這些公司對高端芯片的巨大需求有望促使臺積電業(yè)務量激增創(chuàng)下新高，但同時也是一次巨大考驗。

圖｜臺積電先進芯片制程工藝預測

那么蘋果使用的 5nm 技術，和各大手機廠商的產(chǎn)品對比的話，是一個怎樣的水平？對于該問題，邸志雄博士告訴 DeepTech：“目前 5nm 制程的移動處理器有蘋果 A14 和海思麒麟 9000，高通和三星也會在本年度推出 5nm 處理器。從各個工藝節(jié)點上各家推出的移動處理器性能來看，蘋果 A14 為自研架構，其他廠商大都采用了 ARM 公版架構，但設計水平上與蘋果還有一定的差距?！?/p>

蘋果于 2020 年秋發(fā)布了首款 5G 手機 iPhone 12，但由于 5G 手機姍姍來遲，不少用戶表示更期待 iPhone 13，俗稱 “十三香”。那么，“十三” 到底香不香，還得看用戶是否買賬。

原文標題：iPhone 13或將使用增強版5nm芯片，預計明年第三季開始投片

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