晶圆代工厂的工艺节点“谎言”

许多人时不时地谎报自己的年龄或体重，但当公司撒谎时，可以被视为虚假广告或至少是品牌稀释。这种情况最近出现在半导体市场上，当时两家领先的代工厂都允许客户声称他们使用的是 4nm 工艺，而实际上他们使用的是 5nm 技术。这种情况让大家都脸色不好，尤其是代工厂。这是晶体管进展缓慢的症状。

问题开始于三星一直在与台积电竞争下一个节点，它宣布将在 2021 年底交付量产的 4nm 芯片，即达到 5nm 的一年后。台积电计划在其 5nm 和 4nm 节点之间花费两年时间，在 2Q22 交付后者，如图 1 所示。为了避免给三星吹牛的权利，它决定将其 N4 节点“拉入”四分之二，巧合地匹配其竞争对手（参见 MPR，“ Fewer Find 3nm Worth the Wait ”）。第一个（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：修订后的铸造工艺路线图。

台积电声称已在 2021 年末交付了其 4nm 节点，但它只是贴错了 5nm 技术的标签。

也许我们应该怀疑台积电可能会突然从通常的严格和耗时的生产认证周期中抽出六个月。但是，当 TechInsights 分析 Dimensity 9000 并发现关键工艺尺寸与 TSMC 早期 N5 产品中的完全相同时，夹具就起来了（参见 MPR，“ Dimensity 9000 现在可提供加大尺寸”）。该代工厂声称生产 4nm 是虚假的，联发科声称拥有 4nm 处理器也是如此。

与此同时，三星的智能手机部门正准备推出 Galaxy S22，并注意到该公司自己的 Exynos 2200 采用 4nm 制造，但出现在某些 S22 型号中的高通公司的 Snapdragon 8 Gen 1 使用 5nm。为了避免客户对一种处理器的渴望，两家公司决定将 8 Gen 1 作为 4nm 部件推出。因为三星制造了这两种产品，所以它创建了一种名为 4LPX 的新工艺，与 N4 一样，它只为一种产品服务。TechInsights分析了骁龙芯片后发现，4LPX在物理上与5LPE没有区别。

具有讽刺意味的是，唯一使用真正 4nm 技术的产品比假冒的 4nm 产品表现更差。三星过于努力地将其 4LPE 工艺投入生产，导致 Exynos 2200 的高缺陷率和低能效 - 特别是在其新的图形引擎中（参见 MPR，“ Exynos 2200 First With AMD GPU ”）。由于 Exynos 芯片的供应有限，这家手机制造商在大多数 Galaxy S22 型号中都安装了 Snapdragon 处理器。

这些生产问题帮助说服了高通公司跳槽，为台积电的新型 N4P 创建了其旗舰处理器的新版本，称为 Snapdragon 8+ Gen 1，我们认为这是一种真正的 4nm 技术。新的 Snapdragon 是第一个宣布的 N4P 产品，尽管我们预计 Apple 的 A16 也使用 N4P。这两款芯片都已投入生产，并将在 9 月左右出现在手机中。

台积电通常会为苹果提供一到两个季度的独家使用权，以获取其最新的制造技术。令人惊讶的是，高通公司出现在最初的客户名单上，特别是因为基于 Snapdragon 的智能手机直接与苹果的 iPhone 竞争。台积电显然愿意打破苹果的排他性，以便从三星手中夺走一项主要设计。（高通将台积电用于许多其他产品，但依靠三星来制造其过去的几款旗舰处理器。）

为什么代工厂突然对他们的晶体管进展撒谎？这比承认进展变得微不足道要容易得多。假的 4nm 工艺和“真正的”4nm 工艺之间的区别仅仅是 5% 的光学缩小（10% 的面积减少）。即使是那个小小的进步也打破了三星的良率模式，台积电也花了两年时间才完成。两家代工厂都希望明年实现 3nm 的量产，但他们与 4nm 的斗争未能激发信心。

鉴于节点之间的时间较长，代工厂可能会在等待下一个节点时提高速度、功率或产量（最终等同于同一件事）。例如，虽然 4LPX 具有与 5LPE 相同的尺寸，但它可能提供一些其他优点来证明新名称的合理性。但是在晶体管密度没有任何改进的情况下，名称应该是5LPX，表明该工艺仍然是5nm节点的成员。大多数人使用 5nm 或 4nm 的简写代替完整的工艺名称，所以数字仍然很重要。

尽管这让他们摆脱了短期的困境，但伪造新节点对代工厂来说是不利的。吹捧虚假的 4nm 里程碑并允许客户为其做广告会削弱代工厂品牌的价值。如果 4nm 不是 4nm，节点名称是否重要？如果您可以重命名旧工艺，为什么还要为 4nm 技术支付额外费用？

一段时间以来，代工厂一直没有保持节点数量和晶体管密度之间的严格相关性（参见 MPR，“社论：纳米疯狂”）。但至少当他们分配一个更小的纳米数字时，它表明了一些密度的进步。公然将 5nm 工艺重新标记为 4nm 消除了节点编号的最后一点意义。所以当一家代工厂说它已经达到了一个新的水平时，在拆解确认之前不要指望它。对于吹捧他们获得新制造技术的芯片供应商来说，情况也是如此。随着摩尔定律步履蹒跚地走到尽头，我们留下了谎言和节点名称。

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