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A9處理器,臺積電真的比三星好嗎?

這幾天買iPhone 6S的話,應該會很緊張手機裏的CPU是哪個廠生產的。是臺積電版還是三星版?前幾天,臺積電的A9比三星的省電20%。蘋果公司沖出來否認三星劣質,強調正常使用只有2-3%,甚至把查CPU型號的App給撤了,讓壹般用戶無法知道手頭CPU的型號。真相是什麽?讓我這個半導體行業的業內人士為大家解開謎團。

提前說壹下,蘋果官方公告沒有騙大家,跑分不是正常使用。CPU只是手機中許多組件中的壹個,還有更耗電的LCD屏幕和無線通信。正常使用情況下,CPU根本沒有多少時間運行,所以即使CPU多消耗20%的電量,壹般的電表對續航能力也只有2-3%的影響,真的差不了多少。真的不需要買了三星版iPhone 6S去蘋果店退貨。

但是,跑步過程中的耗電差異也是事實。從Geekbench(以及壹直在修改的蘋果測試軟件)的運行數據來看,很明顯有兩組不同的功耗。同壹家工廠生產的CPU總會有壹些微觀性能的差異,這是半導體生產過程中的物理變量,但三星的CPU顯然比臺積電耗電更多。畢竟兩家工廠用的是完全不同的技術。

另外,CPU在運行時,電能轉化為熱量,中學物理科學過了能量不滅定律,所以CPU耗電多自然會更熱,所以三星在運行時比臺積電高幾度。

三星使用14納米技術,而臺積電使用16納米技術。壹般來說,半導體工藝越精細,運算速度越快,越省電。三星顯然比臺積電薄了2納米。有證據表明,三星的芯片明顯比臺積電的薄。為什麽技術更低更節能?其實什麽14nm或者16nm只是營銷的名義。很久以前半導體行業就說是600nm工藝,構成邏輯單元(門)的電路確實是600nm寬。

現在不管是16nm還是14nm,其實都是同壹代工藝,數字比上壹代小了20nm。在這壹代技術中,英特爾的邏輯單元明顯比其他工廠的要小。它自稱14nm,臺積電有點親切。知道它的邏輯單元很大,不好意思叫14nm,就叫16nm。

三星其實是偷雞摸狗。技術上應該是28nm,然後是20nm,然後是14nm。他們跳過了20nm,直接告訴自己要做14nm,讓外界以為他們在技術上正在追趕英特爾。但是,也不能說三星完全是在吹牛。在20nm和14nm之間,邏輯單元的大小其實是壹樣的。最重要的區別是改用FinFET工藝,也就是外界說的邏輯單元結構從平面變成了3D。FinFET和老的flat技術的區別太專業了,我說的話沒人聽得懂。簡而言之就是更省電,速度更快。

iPhone 6S中的A9,三星用的是14nm的第壹代14LPE工藝,臺積電用的是16nm的第二代16FF+工藝。在半導體行業,臺積電的16FF+比三星的14LPE省電20%,這基本是公開的秘密。主要原因是臺積電比三星漏電好,電路靜態時功率損耗少。畢竟,臺積電已經積累了在晶圓上制造基板的20nm設計經驗。三星偷工減料,跳過了20nm,最後總是要交學費。三星二代14LPP技術應該和16FF+不相上下,但是量產進度出了問題,所以三星不得不用14LPE來硬推。

雖然理論上16FF+比14LPE省電,但從未被證明。壹個正常的公司不可能同壹款芯片有兩個不同版本,因為不劃算。不同的芯片不能直接比較,因為還有很多其他的設計因素。芯片制造成本非常昂貴。除了電路的設計成本,做壹個芯片掩膜要幾百萬,壹個工廠就能生產出來。由於材料規格不同,芯片模具必須在改裝廠完全復制。只有蘋果這樣的有錢公司才會把壹個芯片做兩次,交給兩個不同的工廠生產。A9可以說是半導體界壹場令人矚目的技術競賽。我相信很快會有更詳細的測試來徹底分析臺積電和三星的技術。

這次“芯片門”危機,蘋果很可能毫無損傷。畢竟買iPhone的人買的都是蘋果品牌,不會在意裏面用的是哪個廠家的CPU,實際使用也沒有太大區別。只是蘋果本可以輕松避免這場危機。A9出貨量需要兩家工廠壹起生產才能供應夠,但iPhone 6S可以用臺積電,電池更大的6S Plus可以用三星。兩個電話部件差異太多,不應該直接比較,所以不太可能出現這個問題。

自從喬布斯去世後,蘋果的產品質量控制壹再出現問題,這在以前是絕對不會發生的。雖然蘋果的iPhone依然是買的火熱,依然是世界上最有錢的公司,但是感覺完全不壹樣了,沒有了創始人那個年代的霸氣,而是像十年前剛剛開始興盛衰落的微軟。

臺積電勝利的秘密

新的蘋果iPhone6s和6s Plus是蘋果公司由臺積電和三星兩家制造商設計的第壹款處理器A9。此事為臺灣省科技界和投資者所熟知。直到美國著名網站iFixit拆解了蘋果剛剛上市的兩款手機,發現臺積電和三星制造的A9處理器其實型號不同,很容易識別,才引發了壹場世界範圍內衡量“臺產”和“三星產”效率差異的熱潮。

全球網友也驚訝地發現,根據播放電影、運行測試軟件等不同方式,臺式機處理器比三星版可以省電近30%。

此後,在香港和其他國家拒絕購買“三星商品”迫使蘋果公司做出回應。蘋果給美國著名科技網站Techcrunch發來的官方聲明是:“壹些實驗室讓處理器保持高負載狀態,直到電量耗盡。這不符合現實生活情況...我們的測試數據和客戶數據(編輯:監測已售出的蘋果手機)顯示,所有不同部件的iPhone6s和6s Plus的真實電池壽命差異僅為2-3%。”

然而,Techcrunch指出,基於所有消費者的平均使用情況,蘋果的省電效率並不合理。因為不停地玩手遊、看視頻可能是壹些科技重度用戶的“普遍情況”,而那些人才是最在意續航的人。

為什麽臺積電的工藝處於高負荷狀態,相比競爭對手可以大大省電?

壹位不願意透露姓名的電氣工程教授表示,臺積電已經發表了16篇關於最新16 nm FinFET工藝的技術論文。但沒有線索表明它能大大省電。但這並不奇怪。臺積電實際量產過程的表現往往比公開信息要好。“他會留下壹只手。”

根據他的理論分析,過去業界努力的方向是降低待機時的功耗。但這壹次,似乎臺積電新工藝的優勢在於它可以在高負載下以更低的功耗運行晶體管。“這個很厲害。”

然而,許多人質疑三星的14納米工藝比臺積電的16納米工藝小。理論上半導體工藝不是更小更節能嗎?

事實上,這涉及到臺積電和三星之間的爭鬥,壹個動蕩的角力過程。

壹位前臺產品高管曾向記者透露,臺積電為蘋果提供的16 nm FinFET工藝原本打算叫20 nm FinFET。因為這種工藝的晶體管最小半節距與量產的上壹代20 nm CMOS工藝相似,所以只替換了革命性的超省電FinFET晶體管。

但是客戶回應說妳的工藝和三星的差不多,只是三星的名字是14 nm,妳的是20 nm。在市場上銷售的采用臺積電工藝的產品很容易被認為是落後三星壹代,並感到厭倦。

臺積電采納了好的建議,很快就改了名字,但只敢叫它16 nm。“至少我們還有點良心,不敢像三星那樣隨便喊”,前臺高管苦笑著說。

回顧半導體制造的歷史,過去的技術幾代人壹直堅持摩爾定律——壹年半到兩年之間,晶體管最小尺寸的線寬縮小了0.7倍(面積縮小了0.49倍,幾乎是壹半)。由國際組織——國際半導體技術藍圖聯盟(ITRS)統籌,引領行業快速前進。

過去,臺積電也向該儀器致敬,90納米、65納米和45納米仍在繼續。

但是在32 nm,應該是2010在路上。當時剛回鍋當CEO的張忠謀,突出了怪招,跳過32 nm,推出了晶體管面積小20%的28 nm工藝代。效率和成本遠遠優於競爭對手的32納米產品。

三星、IBM、Grofonde的陣營猝不及防,步伐混亂,於是28 nm成為臺積電歷史上最賺錢、最有統治力的壹代。

這是壹向以深度思考和戰略著稱的張忠謀不太為普通人所熟悉的戰術層面。

有了這個先例,這次三星“跳過”20 nm,直接進攻14 nm FinFET,只能算是壹次“以其人之道還治其人之身”的成功反擊。

但在2016接下來的A10之戰中,三星可能會徹底落敗。

張忠謀四年前宣布臺積電將進入包裝領域,這在當時震驚了業界。但現在事實證明這是卓有成效的。臺積電最先進的集成扇出(InFO)晶圓級封裝有望首次應用於A10處理器。

花旗集團證券(Citigroup Securities)分析師羅蘭·舒(Roland Shu)在最新報告中表示,信息業務應該很難在短期內賺錢,但它可以使臺積電與競爭對手三星區分開來。如果明年推出的蘋果iPhone7的A10處理器采用InFO技術,並基於InFO技術由臺積電獨家擁有,“臺積電極有可能拿下壓倒性比例的A10訂單。”

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