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雷科技 07-04

3nm 量产,三星真的赢了吗?

日前三星已官宣,3nm 制程工艺正式量产,且首次用上了全环绕栅极晶体管技术(简称 "GAA")。三星宣称,与 5nm 工艺相比,第一代 3nm 性能提升 23%,功耗下降 45%,同样晶体管密度的前提下,面积减少 16%。第二代 3nm 工艺性能提升 30%,功耗下降 50%,且同样晶体管密度 的前提下,面积减少 35%。

图源:pixabay

对于全球首个量产的 3nm 工艺,韩国媒体一致表示看好,中国台湾方面专家却持不同态度。台湾工研院产科国际研究所总监杨瑞临表示,GAA 工艺根本没有成熟,相关的测量、蚀刻、材料、化学品等方面,都存在问题,三星完全是赶鸭子上架。

考虑到台湾晶元代工厂台积电与三星是竞争关系,台湾专家的言论未必没有主观情绪在。那么三星 3nm 工艺究竟如何,表现会比 5nm 工艺强多少呢?

最初制程工艺的竞争主要在手机领域,2016 年台积电与三星 10nm 工艺正式投产,距今不过 6 年时间,3nm 工艺竟然进入了量产阶段,平均每年制程工艺都要升级 1nm 左右。

很快,制程工艺从手机领域卷到了 PC 领域,苹果 M 系列自研处理器直接用上了当时台积电最先进的 5nm 工艺。AMD 虽然有些落后,但锐龙 CPU 也用上了台积电 6nm 工艺,这样一来 Intel 就难受了,仍守着 14nm 工艺,10nm 工艺刚刚投产。于是,Intel 指责台积电、三星玩文字游戏,并把自家的 10nm 工艺强行命名为 "Intel 7"。

诚然,从晶体管密度方面来看,Intel 10nm 制程工艺与台积电、三星的 7nm 工艺差不多。只是 Intel 的行为可以明显看出晶圆代工方面竞争过于激烈,导致厂商都出现了焦虑感。三星与台积电是全球最大的两家晶圆代工厂,明争暗斗自然更加激烈。

制程工艺越来越小,想要进步就越难越难。我们原本期望今年秋季台积电 3nm 工艺可以投产,由苹果 A16 仿生处理器首发,结果却让我们很失望,A16 用的是台积电 4nm,台积电的 3nm 制程工艺,明年才能正式投产。

更令人失望的地方在于,台积电第一代 3nm 工艺用的仍是鳍式场效应晶体管技术(简称 "FinFET")。按照这个速度,台积电第二代 3nm 工艺大概会在 2024 年投产,2nm 工艺 2025 年投产,就算进展顺利,1nm 工艺可能要在 2026 年或 2027 年才能投产了。

图源:台积电

可三星不会给台积电反击的时间,采用 GAA 晶体管技术的 3nm 工艺已投产,如果进展顺利,1nm 工艺会在 2025 年或 2026 年投产。目前,三星是唯一 3nm 工艺投产的晶圆代工厂,也是唯一使用 GAA 晶体管技术的厂商。可芯片工艺如何,不能只看一个数字,Intel 的 10nm 工艺晶体管密度可达 1.088 亿个 / 平方毫米,是三星 10nm 工艺的两倍,持平三星 7nm 工艺。

一年投入 22 万亿韩元(约合人民币 1444 亿元)的三星,费时费力研发出的 3nm 工艺,表现究竟会怎样呢?

杨瑞临不看好三星,一方面是因为认为三星操之过急,另一方面则是因为三星 5nm、4nm 工艺表现不算太好。近两年的高通旗舰芯骁龙 888 和骁龙 8 Gen 1 用的就是三星工艺,但表现并不算出色,甚至让骁龙 865/ 骁龙 870 被封为一代神 U。

今年 5 月,高通发布了骁龙 8+ Gen 1,改用台积电 4nm 制程工艺。从极客湾发布的工程机评测来看,功耗和发热表现非常出色,能耗比仅次于苹果 A 系列仿生处理器,Android 处理器中唯有天玑 8100 能够与之抗衡。这还是在工程机上,如果经过厂商的优化,再加上旗舰级散热,表现可能会更出色。

图源:极客湾

对于三星来说,这并不是一个好消息,高通改用台积电 4nm 后,SoC 表现立刻就好了一大截,而且三星还失去了高通这个大客户。在手机 CPU 行业,高通、苹果、联发科是出货量最大的三家,之前苹果和联发科都是台积电的客户,如今高通也倒向了台积电,三星的大客户严重流失。

然而三星的 3nm 工艺表现究竟如何,没人能妄下断论。之前的制程工艺表现不好,不代表 3nm 工艺表现也不好,尤其是 GAA 晶体管技术的应用,很可能让三星制程工艺发生翻天覆地的变化。不过杨瑞临所说的,新技术不够成熟,情况也确实存在,否则长期处于领先地位的台积电,也不会第一代 3nm 工艺仍坚持 FinFET 晶体管技术。

目前还没有基于三星 3nm 工艺的芯片发布,我们也无从得知这款芯片的具体表现。与其讨论三星 3nm 工艺如何,倒不如想想哪家厂商会选择三星 3nm 工艺,这才是三星面临的最严峻的问题。

三星现在最头疼的问题,应该就是 3nm 工艺的产能,究竟要给谁用了。对于制程工艺需求比较高的,一般都是手机 SoC,因为手机需要握在手里,大多时间不会插电使用,所以对芯片功耗和发热的要求比较高。

可是现在苹果、联发科、三星都倒向了台积电,韩国数码博主 @GaryeonHan 又爆料称,三星要放弃自研 Exynos 芯片。这么一来,三星似乎只有一个选择了——紫光展锐。紫光展锐不是没推出过旗舰芯,只是因为品牌知名度不够,消费者和厂商对其没有充分信任,所以网友们对紫光展锐的虎贲系列处理器不够了解。

图源:Twitter 截图

现在紫光展锐就可以用三星独家 3nm 工艺做噱头,狠狠营销一波,再与手机厂商合作,让他们推出一些试水的虎贲旗舰,或许能够吸引一些热度和想要尝鲜的消费者。

其次,AMD 和 NVIDIA 也是三星的潜在客户。先说 AMD,这些年一直在用台积电工艺,但是台积电的先进工艺价格通常比较昂贵,且产能有限,根本没有 AMD 的份。因此,AMD 所用的工艺,基本都比苹果、联发科落后一代。三星可以用产能和价格优势,吸引 AMD。

NVIDIA 的 RTX 30 系列显卡,用的就是三星 8nm 工艺。有传言称,RTX 40 系列显卡会用台积电 5nm 工艺,但未能确定。三星可以趁着与 NVIDIA 仍有合作,近水楼台先得月,与其商谈后续合作,只要三星 3nm 价格比台积电便宜,不怕 NVIDIA 不继续贪便宜。

PC 不需要与用户直接接触,而且一般都是插电使用,对于制程工艺的要求其实没有那么高,只是这几年各行各业太卷了,用户对于电脑 CPU、显卡的功耗和发热量要求越来越高,所以 Intel、NVIDIA、AMD 才不得不卷起来。

失之东隅收之桑榆,失去了高通的三星,看似损失了一个大客户,但谁又能肯定,没有其它企业与三星建立新合作呢?一切都要靠实力说话,只要三星 3nm 工艺表现出色,还怕苹果、高通不回到三星的怀抱吗?

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