從手機(jī)到汽車(chē)全球缺芯愈演愈烈，5nm芯片翻車(chē)牽扯哪些技術(shù)極限？

原標(biāo)題：從手機(jī)到汽車(chē)全球缺芯愈演愈烈，5nm芯片翻車(chē)牽扯哪些技術(shù)極限？

從手機(jī)到汽車(chē)如今全球“缺芯”問(wèn)題正愈演愈烈，也給相關(guān)制造廠(chǎng)商帶來(lái)越來(lái)越大的壓力。繼上周福特被迫關(guān)閉肯塔基州的一家SUV工廠(chǎng)后，周一福特一家德國(guó)工廠(chǎng)也被停產(chǎn)一個(gè)月。面對(duì)芯片供應(yīng)難題，短期內(nèi)相關(guān)制造廠(chǎng)商們也并沒(méi)有太多解決方案。

摩爾定律就像芯片界的一條皮鞭，終年都抽著臺(tái)積電、英特爾、三星等芯片廠(chǎng)商前進(jìn)，每隔18個(gè)月，他們要在同樣面積的芯片上多放一倍的晶體管，性能提升一倍。乍看上去，這真是一個(gè)流氓定律，但企業(yè)的偉大之處，在于總想著戰(zhàn)勝流氓定律，正如臺(tái)積電的經(jīng)營(yíng)理念是：寧可天下人負(fù)我，我不負(fù)天下人，三星的芯片業(yè)務(wù)虧損10年，才開(kāi)始賺錢(qián)。

顯然，能滿(mǎn)足流氓定律的企業(yè)都有著“極致”追求，無(wú)論是實(shí)際的利潤(rùn)，還是江湖地位都是無(wú)與倫比的。但專(zhuān)家們每年都會(huì)例行預(yù)測(cè)：摩爾定律就要失效。只是因臺(tái)積電、三星的極限堅(jiān)持，把專(zhuān)家的臉打得生疼，以至于，5nm芯片出現(xiàn)功耗問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)莫名的興奮感。越來(lái)越多的人真切地感受到：摩爾定律可能真要失效了。據(jù)媒體報(bào)道，搭載5nm芯片的手機(jī)，大都出現(xiàn)了功耗問(wèn)題，包括iPhone12、榮耀以及小米等等，有一些手機(jī)啥也不做，電量直接丟掉40%，而有一些手機(jī)運(yùn)行大型游戲之后，表面溫度達(dá)到48攝氏度。

5nm芯片遭到集體吐槽和抱怨，已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)，這不是某一個(gè)制造商或者品牌的問(wèn)題，而是電子產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的極限問(wèn)題。毫無(wú)疑問(wèn)，這種抱怨不會(huì)影響臺(tái)積電、三星的訂單，畢竟，全世界都處在“缺芯”的狀態(tài)，況且，5nm芯片已把技術(shù)再推向新極限。

集體抱怨，5nm芯片到底怎么了？

如前文所述，眾多手機(jī)都搭載了5nm芯片，也集體遭遇吐槽和抱怨，但消費(fèi)者依舊購(gòu)買(mǎi)，畢竟，只有最好的品牌才會(huì)樂(lè)于自我挑戰(zhàn)，有些抱怨，不小心翻車(chē)也不會(huì)傷筋動(dòng)骨。最早商用的5nm芯片應(yīng)該是iPhone12的A14仿生芯片，這款芯片晶體管達(dá)到118億個(gè)，而人類(lèi)大腦內(nèi)的神經(jīng)元大概是140億個(gè)，也就是說(shuō)，如果能配合更先進(jìn)的算法、學(xué)習(xí)功能和海量的數(shù)據(jù)，手機(jī)CUP芯片是有機(jī)會(huì)模擬人類(lèi)大腦的。只是現(xiàn)階段A14芯片只用來(lái)提高CPU性能、圖形性能，更尷尬的是，A14芯片沒(méi)有處理好功耗問(wèn)題，有一些用戶(hù)反映，在關(guān)掉所有后臺(tái)程序之后，iPhone12待機(jī)一夜，電量就丟掉約40%。當(dāng)然，因蘋(píng)果一向不妥協(xié)于iPhone的厚度，甚至逐漸變薄，以至于，電池問(wèn)題長(zhǎng)期存在。

除了A14芯片以外，華為的麒麟芯片也出現(xiàn)了類(lèi)似問(wèn)題，不僅功耗較高，而且在運(yùn)行一些大型游戲時(shí)，不能持續(xù)保持高幀模式，用戶(hù)體驗(yàn)相當(dāng)之差；而小米手機(jī)搭載的驍龍888處理器則因功耗太大，導(dǎo)致機(jī)身表面溫度達(dá)到48攝氏度，就像剛蒸熟的米糕。

這些應(yīng)該只是在個(gè)別時(shí)段，個(gè)別場(chǎng)景下的表現(xiàn)，需要專(zhuān)業(yè)的評(píng)測(cè)才能定性，但5nm芯片出事兒，牽扯到設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。消費(fèi)者雖然不懂如何設(shè)計(jì)、制造芯片，但大家吐槽的才華還是非常驚艷，戲稱(chēng)：新蘋(píng)果蔫壞，麒麟芯片簡(jiǎn)直就是火麒麟，而背后的代工商臺(tái)積電也不能幸免，被人稱(chēng)作“臺(tái)漏電”。顯然，能祭出臺(tái)漏電稱(chēng)號(hào)的消費(fèi)者，一定是個(gè)行家，他要清楚芯片功耗來(lái)源于兩部分，一種是動(dòng)態(tài)功耗，指的是電路狀態(tài)變化時(shí)產(chǎn)生的功耗，初中物理公式P＝UI可以協(xié)助理解，動(dòng)態(tài)功耗會(huì)受到電壓和電流影響；另一種是靜態(tài)功耗，也即每個(gè)晶體管泄漏電流產(chǎn)生的功耗，盡管每個(gè)晶體管產(chǎn)生的漏電流很小，但手機(jī)芯片動(dòng)輒上百億個(gè)晶體管，累積起來(lái)非常可觀(guān)。而5nm芯片最大的賣(mài)點(diǎn)就是：?jiǎn)挝幻娣e的晶體管數(shù)量又創(chuàng)新高，晶體管間的間距更小，隱患則是功耗更高。

技術(shù)極限，如何正面看待5nm芯片翻車(chē)？

所謂的5nm芯片集體翻車(chē)，只是一種茶余飯后的消遣吐槽，對(duì)于芯片行業(yè)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響，甚至對(duì)于蘋(píng)果、華為、小米的手機(jī)銷(xiāo)量都不會(huì)有重大影響，否則，iPhone12不會(huì)一直熱賣(mài)，甚至要求代工廠(chǎng)春節(jié)都不要休息。事實(shí)上，無(wú)論是蘋(píng)果、華為、高通等芯片設(shè)計(jì)者，還是臺(tái)積電、三星等尖端制造商，在開(kāi)發(fā)5nm芯片時(shí)都含有一些“自虐”和“賭博”的成分，大家都需要率先推出性能更好的芯片，或者試驗(yàn)更先進(jìn)的制造流程。如果效果良好，巨頭們就會(huì)利用“時(shí)間差”賺得盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)，逐漸形成飛輪效應(yīng)和正循環(huán)；如果效果不好，也權(quán)當(dāng)積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于未來(lái)的改進(jìn)也是大有裨益的。

芯片制造鏈中，最重要的環(huán)節(jié)有三大塊，首先是設(shè)計(jì)EDA驗(yàn)證，每一次試驗(yàn)都需要花費(fèi)數(shù)十億，再有就是材料的純度要達(dá)到99.99999999999%，最后，還需要最先進(jìn)的EUV極紫外線(xiàn)光刻機(jī)，它所能達(dá)到的最小距離就是5nm，可以看出，芯片產(chǎn)業(yè)鏈最核心的環(huán)節(jié)幾乎都有常人難以理解的“技術(shù)極限”，這還沒(méi)有包括芯片制造工藝需要上千步工藝流程，設(shè)備維護(hù)需要2000人，產(chǎn)線(xiàn)調(diào)試需要三年等令人咋舌的數(shù)字。顯然，目前最先進(jìn)、最拉風(fēng)的5nm芯片，勢(shì)必又再把這些技術(shù)極限推進(jìn)到更高的境界。比如為了降低靜態(tài)功耗，臺(tái)積電早就采用Gate-Last技術(shù)，而晶體管又分FinFET和GAAFET兩種，當(dāng)晶體管線(xiàn)路間的距離縮小到5nm時(shí)，GAAFET在功耗上會(huì)有明顯的優(yōu)勢(shì)。總而言之，新技術(shù)、新材料、新工藝都是取之不盡的資源，只是商用芯片要一直同現(xiàn)實(shí)利益做平衡。本次5nm芯片翻車(chē)的事兒，其實(shí)和商業(yè)利益平衡有著很大關(guān)系，基于此，我們有理由相信：摩爾定律短期內(nèi)不會(huì)失效。

面對(duì)5nm芯片翻車(chē)的事兒，中國(guó)專(zhuān)家又開(kāi)始憧憬彎道超車(chē)的事兒，認(rèn)為要在14nm層面穩(wěn)扎穩(wěn)打地前進(jìn)，保持成功率，降低消費(fèi)者抱怨。這簡(jiǎn)直就是淺薄之談，有些人經(jīng)常失敗，正如5nm芯片翻車(chē)，那是因?yàn)樗麄円恢痹谔魬?zhàn)極限；有些人常年保持成功，那是因?yàn)樗麄兛偼Ａ粼凇鞍踩珔^(qū)”，相比于14nm的成功，我們更尊敬5nm的翻車(chē)。（科技新發(fā)現(xiàn) 康斯坦丁/文）

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