性能殺手锏！臺積電3nm工藝迭代，新一代手機芯片交戰(zhàn)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）近日消息，聯(lián)發(fā)科、高通新一波5G手機旗艦芯片將于第四季推出，兩大廠新芯片都以臺積電3nm制程生產(chǎn)，近期進入投片階段。

在臺積電3nm制程加持之下，天璣9400的各面向性能應(yīng)當(dāng)會再提升，成為聯(lián)發(fā)科搶占市場的利器。高通雖尚未公布新一代旗艦芯片驍龍8 Gen 4亮相時間與細(xì)節(jié)。外界認(rèn)為，該款芯片也是以臺積電3nm制程生產(chǎn)，并于第四季推出。

臺積電3nm實現(xiàn)更高晶體管密度和更低功耗

臺積電的3nm制程技術(shù)采用了先進的制造工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的晶體管密度和更低的功耗，從而顯著提升芯片的性能和能效。

臺積電的3nm制程技術(shù)是基于FinFET技術(shù)的最后一代。它采用了高達(dá)25個極紫外線（EUV）層，部分使用雙重曝光技術(shù)，以提高邏輯和SRAM晶體管的密度。

相比前一代5nm工藝，3nm制程實現(xiàn)了約1.6倍的邏輯密度擴展、18%的速度提高和34%的功率降低。這些提升主要得益于FinFlex?技術(shù)的引入，該技術(shù)提供了不同鰭配置的標(biāo)準(zhǔn)單元，以實現(xiàn)更好的功率效率和性能優(yōu)化。

FinFlex?技術(shù)允許設(shè)計者根據(jù)需求選擇不同的鰭數(shù)和閾值電壓（Vt）組合，以滿足同一芯片上的寬范圍速度和泄漏要求。這種靈活性使得設(shè)計者能夠更精確地優(yōu)化電路性能。

N3：這是臺積電3nm制程的基礎(chǔ)版本，已經(jīng)投入生產(chǎn)。它提供了顯著的性能和功耗改進，為多種芯片設(shè)計提供了強大的支持。

N3E：作為N3的增強版本，N3E采用19個EUV層，不依賴EUV雙重曝光技術(shù)，從而減少了制造復(fù)雜度和成本。雖然其邏輯密度略低于N3，但具有更寬的工藝窗口和更好的良率。

N3P：這是N3E的光學(xué)縮小版，通過調(diào)整光學(xué)性能來降低功耗、增強性能和密度。據(jù)臺積電稱，N3P將在相同的漏電情況下提供5%的更高速度，或在相同的速度下降低5-10%的功率，以及1.04倍的芯片密度。預(yù)計N3P將成為TSMC最受歡迎的N3節(jié)點之一，并計劃于2024年下半年推出。

N3X：專為CPU和GPU等高性能計算芯片量身定制的制程。N3X將支持約1.2V的電壓，并優(yōu)先考慮性能和最大時鐘頻率。據(jù)透露，N3X將于2025年投入生產(chǎn)。

N3AE（Auto Early）：一種專為汽車應(yīng)用的先進芯片設(shè)計的節(jié)點。它提供基于N3E的汽車工藝設(shè)計套件（PDK），并計劃于2023年推出初步版本，而完全符合汽車資格要求的版本則將于2025年發(fā)布。

由于3nm制程技術(shù)的先進性，市場需求極為旺盛。多家科技巨頭如蘋果、高通、聯(lián)發(fā)科、英偉達(dá)等已向臺積電下單訂購3nm制程的芯片，用于智能手機、數(shù)據(jù)中心、AI加速器等高端應(yīng)用。

為了滿足市場需求，臺積電不斷擴增其3nm制程的產(chǎn)能。據(jù)報道，臺積電的3nm制程產(chǎn)能今年將擴增三倍，但仍供不應(yīng)求。

采用臺積電3nm制程的芯片，性能大幅提升

具體都有哪些芯片采用臺積電3nm制程呢？蘋果的M4和預(yù)計中的A17據(jù)稱是采用臺積電3nm制程。M4芯片發(fā)布于2024年5月7日，將搭載在蘋果新一代iPad Pro上。M4芯片的晶體管數(shù)量達(dá)到了280億個，使用臺積電第二代3nm工藝制程，具有10個內(nèi)核，包括4個性能內(nèi)核和6個效率內(nèi)核，兩者都帶有新版機器學(xué)習(xí)加速器。

M4配備一個全新的10核GPU，采用動態(tài)緩存功能和硬件加速的光線追蹤技術(shù)和網(wǎng)格著色功能，提升圖形處理性能。還集成了新的神經(jīng)引擎，具備38 TOPS的運算能力，專注于加速與AI有關(guān)的工作負(fù)載。蘋果聲稱M4的CPU性能相較于M2芯片提升了高達(dá)1.5倍，并且具有卓越的每瓦性能。

蘋果計劃在2024年下半年推出的iPhone 15系列中，頂配版將搭載A17仿生芯片。A17仿生芯片預(yù)計采用臺積電最先進的3nm制程技術(shù)。相較于前代A16 Bionic芯片，A17在晶體管數(shù)量、性能、功耗等方面將有所提升。

A17仿生芯片在CPU性能上將有顯著提升。據(jù)推測，其單核性能和多核性能都將比前代A16芯片有大幅度提高。這種提升將使得iPhone 15系列在處理復(fù)雜任務(wù)和應(yīng)用程序時更加流暢和快速。A17芯片在GPU方面也有所升級，預(yù)計將采用全新的架構(gòu)設(shè)計，并引入更多GPU核心，以提升3D圖形渲染和游戲性能。這使得用戶在玩游戲、觀看高清視頻或進行其他圖形密集型任務(wù)時能夠獲得更好的體驗。

A17芯片內(nèi)置了強大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（如神經(jīng)引擎），以支持機器學(xué)習(xí)和人工智能應(yīng)用。這種計算能力使得A17芯片在語音識別、圖像處理、自動駕駛、醫(yī)療診斷等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。A17仿生芯片將首先應(yīng)用于蘋果即將推出的iPhone 15系列中。除了智能手機外，A17芯片還有可能應(yīng)用于蘋果的其他產(chǎn)品中，如iPad、Mac等。

高通驍龍8 Gen4預(yù)計采用臺積電的第二代3nm工藝N3E，這是N3B的改進版，相較于N3B，它在功耗表現(xiàn)上更優(yōu)，同時擁有更高的良品率和更低的生產(chǎn)成本。由于采用了3nm制程技術(shù)，驍龍8 Gen4相比前代在性能上將有顯著提升。更高的晶體管密度和更低的功耗將使得芯片在運行速度和續(xù)航時長上表現(xiàn)更佳。

驍龍8 Gen4將采用自研的Nuvia架構(gòu)，不再依賴Arm的公版架構(gòu)。驍龍8 Gen4預(yù)計將采用兩顆性能核心+六顆能效核心組成的八核心方案，CPU設(shè)計采用了2 Phoenix L+6 Phoenix M架構(gòu)。驍龍8 Gen4作為高通旗下的旗艦級芯片，預(yù)計將成為2024年下半年高端機型的首選芯片，受到眾多手機廠商的追捧。

聯(lián)發(fā)科天璣9400采用了臺積電的第二代3nm工藝（N3E），這是聯(lián)發(fā)科旗下第一款3nm手機芯片。N3E是N3B的增強版，預(yù)計比N3B應(yīng)用更廣泛，且良率更高，成本更低。這一先進的制程技術(shù)將為天璣9400帶來更高的性能、更低的功耗和更小的體積。

由于采用了3nm制程技術(shù)和先進的架構(gòu)，天璣9400在性能上將有大幅度提升，能夠滿足高端智能手機和其他移動設(shè)備的性能需求。天璣9400作為聯(lián)發(fā)科2024年的旗艦級芯片，將面向高端智能手機市場，與高通驍龍等競品展開激烈競爭。

英偉達(dá)B100也是采用臺積電3nm制程技術(shù)。B100芯片在性能上實現(xiàn)了巨大的飛躍，其效能是前代H100芯片的四倍以上,這一提升主要得益于其先進的制程工藝和優(yōu)化的架構(gòu)設(shè)計。B100芯片的內(nèi)存容量也比H200高了近40%，這使得它在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜任務(wù)時更加游刃有余。

隨著B100芯片性能的大幅提升，其功耗也顯著增加，最大設(shè)計功耗達(dá)到了1000W。傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方案已經(jīng)無法滿足其散熱需求。英偉達(dá)為B100芯片采用了“水冷”技術(shù)，這是轉(zhuǎn)向“液冷”技術(shù)的重要里程碑。水冷技術(shù)具有低功耗、高散熱、低噪聲等優(yōu)勢，能夠有效解決B100芯片的散熱問題。B100芯片作為英偉達(dá)的新一代AI芯片，將廣泛應(yīng)用于人工智能、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。

寫在最后

臺積電的3nm制程技術(shù)是當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)中最具競爭力的工藝之一，它不僅提升了芯片的性能和功耗表現(xiàn)，還為多樣化的市場需求提供了豐富的選擇。在臺積電3nm制程技術(shù)的加持下，蘋果、高通、聯(lián)發(fā)科、英偉達(dá)等芯片的性能也實現(xiàn)較大飛躍。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)升級和產(chǎn)能的不斷擴增，臺積電有望在3nm制程領(lǐng)域取得更大的成功。