
本篇文章主要來盤點一下全球主流半導體公司工藝水平,進行一個排名大比拼,孰前孰后,來看看就知道啦!
以下就是對不同芯片生產商的制造技術進行的一個排名,如下表所示,可以較為便捷地了解哪種工藝更為先進。表中密度以MTr/mm2計算,其代表每平方毫米數百萬個晶體管。截至2019年1月,英特爾的10nm技術依然領先于臺積電和三星的7nm技術。
有一點需要注意,上述數字在某些情況下是近似的。但是,這不會影響排名。如果更深入地研究這個問題,英特爾的10nm比臺積電7nm的SRAM稍微密集一些。但臺積電的7nm實際上比英特爾的邏輯單元更密集,這使事情變得更加復雜,卻很有意思。
由于英特爾的10nm還沒有大規模生產,臺積電的7nm是目前市場上明顯的贏家。
接下來,對比看看TSMC、GlobalFoundries、三星和英特爾等不同制造商的不同工藝節點都有什么特點。
一、臺積電
臺積電是目前世界上最大的獨立半導體代工制造商。臺積電與世界上一些最大的芯片設計商合作,如Nvidia,AMD,高通,蘋果,華為和聯發科。截至2019年1月,臺積電憑借其7nm制造工藝引領新一代的高端技術競爭,該工藝已經開始批量生產,iPhone XS和華為Mate 20 Pro等頂級手機品牌都采用了這一技術。
1)7nm
首先,讓我們看看最近一年來炒作最火熱的臺積電7nm工藝。TSMC的7nm工藝實際上有多種變體,7nm FF/FF+(FinFET和FinFET+)的晶體管密度約為96.49 MTr/mm2,7nm HPC的晶體管密度為66.7 MTr/mm2。
7nm FinFET工藝是TSMC自身10nm工藝密度的1.6倍。此外,與10nm技術相比,7nm工藝可使性能提高20%,功耗降低40%。
目前該技術主要用于:A12 Bionic(iPhone XS Max),Snapdragon 855,Kirin 980,Zen 2(Ryzen 3000 Series)。
2)10nm
臺積電的10nm節點工藝的密度為60.3 MTr/mm2,是自身12nm/16nm節點密度的2倍多,速度提高了15%,功耗降低了35%。
目前該技術主要用于:Apple A11 Bionic,Kirin 970,Helio X3。
3)12nm/16nm
與20nm工藝相比,臺積電16nm的速度提高近50%,功耗降低60%,其密度為28.2 MTr/mm2。
臺積電的12nm技術或多或少是一種營銷噱頭,類似于他們的16nm節點。這個12nm節點只是它們重新命名的16nm工藝,具有更好的柵極密度和較少的優化。12nm工藝的估計密度約為33.8 MTr/mm2。臺積電的12nm和16nm工藝為麒麟、聯發科處理器和Nvidia的GeForce 10系列等提供代工服務。
主要用于:Nvidia圖靈GPU(GeForce 20系列),麒麟960,麒麟659,麒麟710,Helio P60,Helio P70,Apple A10 Fusion處理器。
二、英特爾
英特爾是全球第二大芯片制造商。曾幾何時,英特爾在半導體市場處于絕對的領先地位,但其10nm工藝的一再延遲使其在高端技術上已經相當落后。
1)7nm
2018年12月,英特爾宣布他們正在開發7nm工藝,并且正在按計劃進行。英特爾7nm工藝將使用EUVL(極紫外光刻)制造,預計晶體管密度將達到242 MTr /mm2,是10nm工藝 的2.4倍。
現狀:正在進行中。
2)10nm
英特爾的10nm工藝最初預計將于2016年首次推出,但截至2018年底,它已被推遲3次!
英特爾10nm工藝密度約為100 MTr /mm2,是14nm工藝的2.7倍。從這一點看,英特爾的10nm相當于其他公司所標榜的7nm技術。
現狀:英特爾正在努力提高良率,可能在2019年末進入批量生產。
用于:Core i3-8121U處理器。
3)14nm
英特爾的14nm工藝晶體管密度估計為43.5 MTr/mm2。截至目前,從Broadwell到Coffee Lake,都擁有相同的14nm技術,已用于其5代處理器之中。然而,這款14nm技術仍然優于臺積電的16nm/12nm和三星的14nm技術。
英特爾還推出了14nm+和14nm++,只是進行了微小的改進。
主要用于:英特爾的第5代,第6代,第7代,第8代和第9代移動和桌面處理器。
由于10nm節點的延遲,英特爾簡單地改進了他們的14nm節點,在性能和功耗方面略有改進,并將它們命名為14nm +和14nm ++。這些只是微小的改進,并沒有進行晶體管密度微縮。
三、三星
2017年7月,三星取代英特爾成為全球最大的芯片制造商。對于幾乎相同的工藝節點,三星芯片的晶體管密度與TSMC相當。三星為高通、蘋果、Nvidia和許多其他廠商生產芯片,并且還將其14nm工藝許可給GlobalFoundries。
1)7nm
三星在2018年下半年在世界上首次采用EUV技術生產了7nm芯片,工藝密度為95.3 MTr/mm2。相比10nm技術,性能提高了20%,同時功耗降低了50%。
現狀:已進入批量生產。
2)8nm
三星的8nm工藝也稱為8nm LPU(Low Power Ultimate),它只是其10nm工藝的延伸。就晶體管密度而言,它與臺積電的7nm HPC工藝非常相似,其密度為61.18 MTr/mm2。該技術用于制造Exynos 9820芯片,將在2019年即將推出的Galaxy S10和Galaxy Note 10中使用。
用于:Exynos 9820處理器。
3)10nm
三星10nm工藝有兩種變體,10nm LPE(Low Power Early)和10nm LPP(Low Power Plus)。其第二代工藝(10nm LPP)性能提高了10%,密度為51.82 MTr /mm2,是14nm工藝密度的1.6倍。
適用于:Snapdragon 835,Snapdragon 845,Exynos 9810,Exynos 8895,Exynos 961。
4)11nm
與14nm LPP(Low Power Plus)工藝相比,11nm LPP(Low Power Plus)工藝可提供高出15%的性能。但是,功耗保持不變,這個過程更像是對14nm工藝的擴展。
用于:Snapdragon 675。
5)14nm
三星的14nm工藝是其最廣泛使用的制造節點之一,該工藝的晶體管密度為32.5 MTr /mm2,主要用于Nvidia的GeForce 10系列,以及許多Qualcomm和Exynos芯片。它有多種變體,14nm LPE(Low Power Early)和14nm LPP(Low Power Plus)。
用于:Nvidia GeForce 10系列,Snapdragon 820,Snapdragon 821,Exynos 8890,Exynos 7870。
四、GlobalFoundries
GlobalFoundries(格羅方德,格芯)是一家美國半導體公司,為高通、AMD和Broadcom等各種品牌制造處理器。
1)7nm
此前,得益于三星背后的支持,GlobalFoundries的7nm走在前列,而且2018年3月還邀請少數資深記者前往旗下最先進的紐約Malta的Fab 8工廠,介紹他們計劃向7nm EUV光刻技術推進。然而,計劃趕不上變化。18年8月宣布,出于經濟因素考慮,擱置7nm LP項目,將資源回歸到12nm/14nm FinFET以及12FDX/22FDX上。
盡管曾有許多業內專家估計它的7nm技術比臺積電的7nm還要更加密集,但GlobalFoundries目前已經停止了他們的7nm開發,已經不會再與臺積電競爭。按照AnandTech的報道,GF的5nm和3nm研發也將終止,已經逐步停掉與IBM硅研發中心在這方面的合作。
2)12nm
GlobalFoundries 12nm工藝的性能比其前代產品提高了15%,密度提高了10%。Ryzen 2000系列便基于其12nm節點技術。當前,GF的12nm/14nm多用在AMD的銳龍處理器(Ryzen 2000 Series)、Radeon GPU上,12FDX/22FDX則可以提供優質的性價,可用于集成模擬和射頻組件上,如5G基帶。
用于:Zen +架構產品(Ryzen 2000 Series)。
3)14nm
GlobalFoundries實際上從三星那里獲得了14nm技術。
用于:AMD Vega系列,Ryzen第二代APU,Radeon 500系列。
目前,GlobalFoundries已經停止一切與7nm工藝有關的投資研發,轉而專注現有的14/12nm FinFET工藝和22/12nm FD-SOI工藝,提供包括射頻、嵌入式存儲器和低功耗等一系列創新IP及功能,并調整相應研發團隊來支持新的產品組合方案,這一選擇可能和最近幾年窘迫的財務狀況有關。
五、中芯國際
據最近報道,中芯國際在14nm FinFET技術開發上已經獲得重大進展,良率已高達95%,其第一代FinFET技術研發已進入客戶導入階段,并且將在今年上半年投入大規模量產。
同時,12nm的工藝開發也取得突破。中芯國際的14nm/12nm進展,對于中國集成電路產業來說是一個極大利好,但是與全球的先進技術相比,中國還比較落后,還需要整個產業共同努力,以便早日在世界高端芯片制造領域占據一席之地。
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