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链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良

哪个小朋友没有幻想过,拥有一支《神笔马良》那样的生花妙笔,将自己的幻想纤毫毕现地还原成现实?制造芯片的工程师,就是这样的“当代马良”。哦不,他们的任务更加艰巨,需要在日渐缩小的画布(芯片)上,建构起数亿人色彩斑斓的互联网世界。摩尔提出摩尔定律的时候,电脑还像冰箱那样笨重。而从2013年,移动芯片的需

哪个小朋友没有幻想过,拥有一支《神笔马良》那样的生花妙笔,将自己的幻想纤毫毕现地还原成现实?制造芯片的工程师,就是这样的“当代马良”。哦不,他们的任务更加艰巨,需要在日渐缩小的画布(芯片)上,建构起数亿人色彩斑斓的互联网世界。摩尔提出摩尔定律的时候,电脑还像冰箱那样笨重。而从2013年,移动芯片的需求首次超过了PC芯片,“更轻更薄更大”的智能手机,让半导体厂商不得不开始在“画笔”(晶体管结构)、“画工”(互连技术与工艺控制)上不断自我颠覆,不断逼近摩尔定律的极限值。2005年英特尔公司才将工艺能力从90nm提升到了65nm,而15年后的今天,10nm甚至7nm制程的集成电路芯片制造技术,已经毫无悬念。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良而5G商用的全面到来,再一次对移动芯片的关键技术发出了挑战。但如果EUV光刻设备不能准备好,挑战7nm以下制程就成为一个难以逾越的坎儿。而出乎意料的是,率先打破僵局的不是市面上已经应用7nm工艺的高通、三星、联发科等厂商,而是紫光展锐。2月26日,紫光展锐发布的新一代5G SoC芯片虎贲T7520,成为全球首个采用6nm EUV制程工艺的智能手机平台。我们知道,在此之前的高端5G SOC芯片都还停留在7nm制程,而在率先走到6nm节点的紫光展锐,上一代计算产品则是12nm。这种“越级上位”现象,就引发了我们的好奇。6nm所描绘出的5G会是怎样一番场景,又将给手机芯片发展趋势带来哪些触动?6nm的“神笔”,能描绘出怎样的5G?在回答这个问题之前,恐怕有必要先简单解释一下,这只名为EUV的6nm“神笔”,究竟有何不同之处。摩尔定律下五十年的芯片技术发展,不断推高了人类计算机技术的水平,孕育出了移动互联网的机遇,也带来了新的限制和难题。早在2012年,楚庆就曾说过,7纳米将成为一道工艺墙,是半导体成本曲线的关键工艺拐点。而直到2018年,大部分采用7nm技术制造厂商的良率都还没有达到理想状态。既然如此,6nm是怎么实现的?EUV就顺势登场了。此前的16/14nm甚至7nm时基本上都可以使用同样的制造设备——即五次图形曝光技术(FP)来实现。而要向6nm以下进发,传统工艺就有点扛不住了。我们知道,芯片制造就像是用乐高积木盖房子,借由一层又一层的堆叠,搭建出一个复杂交错的“立体结构”。越细的刻刀自然能雕刻出更丰富的细节、更清晰的纹理。在很长一段时间,这个复杂的建构过程,都是由193nm的光源来完成的。但5G芯片的强大功能就要求在更小的面积上集成更多的晶体管,所以波长13.5nm、接近X射线精度的极紫外光EUV就登场了。EUV的光源只有主流光刻机的十五分之一,能够在硅片上刻下更小的沟道。有人形容,EUV的细致程度,就好像从地球上发出的手电筒光线,精准地照射到一枚月球上的硬币一样。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良搞懂了EUV,就能更好地理解6nm制程的展锐5G芯片虎贲T7520,究竟改变了什么。从实验数据来看,6nm相比7nm产品,晶体管密度提高了18%,功耗降低8%。这对于广大的5G手机用户来说,意味着三重价值:第一,5G手机性能更高,而成本更低。据展锐的代工厂台积电反映,6nm对于EUV的使用达到了一个更加成熟的新节点。这意味着良率更高,芯片的价格也更低。举个简单的例子,光刻机的工作原理,是用光线照射硅片,让未受掩模遮挡部分的光刻胶发生曝光反应,这样才能将石英掩模上的电路图显影到硅片上。生产7nm芯片时,采用的ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP往往需要4次甚至更多的曝光才能完成。而EUV只需要1个光罩、1次曝光就搞定了,可以直接降低大批量生产的成本。第二,5G手机承载的功能更多,但耗电更少。nm(纳米)数指的是芯片上集成的晶体管大小,数字越小,单位面积内集成的就越多,彼此之间通信距离变短,功耗自然也就降低了。和手机在远离信号塔的地方总是需要搜寻信号,耗电量增大是一个道理。这也是为什么,6nm工艺的虎贲T7520,相比上一代7nm芯片功耗降低了8%,可以为手机提供更长的续航时间。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良第三,单芯片的多重能力输出。除了追求更小的纳米数之外,融合也成为手机发展的主旋律,其中既有通讯模块的融合,也有手机功能的融合。一方面,高集成度的SOC能够直接减少芯片尺寸和 PCB的占用面积,降低设计、制造和测试产品的成本;同时,将各个单元组成一个完整的解决方案,意味着5G模块可以真地融入芯片之中,进而解决功耗过高、信号不稳定、安全风险等多重问题。这一点在虎贲T7520身上就充分地体现了出来,与外挂式5G芯片相比,虎贲T7520功耗优势全面领先。同时还将金融级iSE安全单元集成在SOC中,比外置SE更难攻击定位,因此达到了金融级安全水平。“神笔马良”眼中的移动AI世界聊完了艰深的产业技术逻辑,就有必要来谈谈,除了数字变化,6nm EUV究竟能给移动智能世界打开哪些想象力与商业价值。毕竟,普通人的5G生活不是靠计算器数着比例实现的,而是建立在创新万花筒之上。绘制一个色彩斑斓的移动AI世界,才应该是“神笔马良”的终极选择。具体到虎贲T7520,有两个可能性或在酝酿之中:一是强劲算力带来的开发潜力。今天要在移动终端上完成高性能的AI识别、推理等任务,受限于芯片的体积与处理能力,往往需要上传到云端来完成。这一方面限制了许多应用普及的可能性,比如VR、高精度视频等等;同时也容易因为云到端的过程,导致隐私泄露、数据延迟等一系列隐患。而紫光展锐的选择是,在高制程工艺的加持下,提供“溢出”的AI算力以供软硬件开发者享用,可以更好地支持高性能的复杂AI应用。用CEO楚庆的话来说,用户可以在“宽松的运算环境里一切都随心所欲”。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良二是针对核心需求进行的精准赋能。针对5G最大、也是最吃性能的落地场景——影像,虎贲T7520在硬件基础上,将自主研发的第六代影像引擎Vivimagic解决方案和第二代FDR ( Full Dynamic Range ) 技术架设其上,通过原生的软硬件协同,达到了出类拔萃的效果。从数据来看,虎贲T7520最高支持120Hz的刷新率,多屏显示最高可支持4K HDR 10+,让用户在高帧率类的竞技游戏、观看5G超高清视频、AR/VR等视觉体验上获得更顺滑炫彩的效果。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良如果说5G为我们画下的是一个海量智能设备与应用构筑的“大饼”,那么紫光展锐正是用前沿的软硬件技术打造出的“神笔”,将一切慢慢变为真实。从这个角度看,5G芯片正在重新划定厂商的起跑线。每一次进步,意味着产业界面临的挑战也就越大。而能突破这一限制的厂商,自然也更清晰地彰显出优越性。“唯规格论”的倒掉:用户需要怎样的5G?此时,一个有趣的事情就出现了。曾几何时,展锐(展讯)一直被冠以“追随者”的帽子,在国际半导体厂商的竞争中追随着英特尔、高通等老牌国际厂商。但今天却江山轮转,当展锐成为全球率先突破6nm技术的5G SOC厂商时,老大哥“高通”的最新旗舰骁龙865却依然采用了外挂解决方案,苹果也放弃了自研计划在下一代iPhone 5G搭载高通x55 5G基带,发布之时豪夺多个全球第一的天玑1000也依然未能成功“破7”。而“先锋队”紫光展锐,在抛出虎贲T7520这只“神笔”之后,却又扭头继续与合作伙伴琢磨上一代产品的商用大计,这是什么逻辑?长期以来,我们已经习惯了以终端产品的价格来评判背后的芯片等级。这也是为什么,5G手机价格长期居高不下——因为要使用最高规格的芯片,就意味着要消费者承担金字塔顶端的价格。这也导致高端芯片成为了领头厂商的寸土必争之际,三星、联发科、高通、英特尔等强势厮杀,在5G高端旗舰性能溢出的同时,是否是时候转变思路,去追问一句,5G用户是否只有那一小部分高消费群体呢?至少在展锐眼中,技术的成就之路并不如是。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良从展锐携手海信和联通发布的5G终端可以看出,展锐的5G目标,是为大多数消费者提供最佳质价比的服务。比如即将推出的海信F50配备的紫光展锐内芯虎贲T7510,采用的是12nm制程的应用处理器。但得益于架构和算力,在苏黎世联邦理工学院AI Benchmark上,反而超越了其他7nm制程荣登榜首。与其搭配的5G基带芯片春藤V510,同样采用的是12nm制程工艺,支持SA/NSA双模组网方式,今年也将在数十款5G终端上发光发热。
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良再给大家举个例子,5G标准刚推出时,关于独立组网SA还是非独立组网NSA争论不休,其中,与4G基站协同使用的“过渡方案”NSA一度成为主流。这一趋势也吓得一众消费者持币观望,以免“交智商税”。而展锐在推出第一代5G芯片时,就选择了支持SA和NSA双模式。只因为最先洞察到了SA核心网才能最大程度实现5G价值。所以展锐的核心团队从2018年开始,就将全部研发集中到了SA制式上。由此,我们可以发现“展锐式研发”的两个特点:1.尊重技术规律。在SA和NSA的判断上,展锐看到了正确的方向,这一点在国内运营商大张旗鼓推动SA的时候也得到了验证。而在半导体技术上,除了这次5G芯片在6nm EUV的突破,影像技术、全覆盖技术等等,都有直观的提升。2.强调用户需求。在是否无止境推崇高精尖上,选择了站在绝大多数消费者的一端,不追求发布会上炸裂的“数字游戏”,而是打造最具质价比和用户价值的解决方案。中低端市场不意味着低价低质,而是高性价比和高价值,手机用户将有着更高的品质要求,手机芯片也将呈现高技术、高性能和多样化的发展趋势,而这正是一个尚待挖掘的“利基市场”。在设计中,展锐也充分考虑到了用户的行为习惯变化,比如当下喜欢互动的人变多,手机的上行数据比下行数据反而更高,但传统的移动通信模型一直假设下行至少是上行的至少10倍,所以习惯性地将手机发射功率比基站功率要小,试想一下发视频和弹幕而网速不给力,是不是特别恼火?展锐就在虎贲T7520中,率先实现了全场景覆盖增强,将数据传输信号上行增加了100%,使上行跟下行信号质量一样好,让大家看直播、发视频两不误,这样的“以人为本”路线,是不是比动辄高端旗舰的“掏腰包”更能引起舒适?
链天下:6nm工艺的微观神话,于毫厘间雕刻5G的神笔马良ICT产业竞争的激烈和残酷,不只体现在表面的剑拔弩张,还有细水长流的落寞。2014年,博通退出手机芯片市场,更早一些,德州仪器、意法半导体、爱立信这些大名鼎鼎的巨头均在竞争中败下阵来。而展锐等国产厂商曾是“后辈”,却相继得到了市场的认可。与其质问展锐为什么不能做高端,或许可以换一个角度思考,为什么在展锐明明有做最高端的实力,却偏偏选择了“接地气”?大浪淘沙终显金,其中的技术逻辑和商业窗口,最终会在这位“神笔马良”的笔锋之间熠熠发光。
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