用5nm假冒4nm？三星、台积电配合客户编造制造工艺的谎言？

许多人偶尔会谎报自己的年龄或体重，这可能并不是什么大问题。但是，如果企业出现了类似的谎报行为，则可视为虚假广告，是在欺骗用户。

报告称，这个问题最初始于三星。在与台积电下一个节点的长期竞争中，三星在交付5纳米芯片的一年后，宣布将于2021年底交付生产4纳米芯片。如图1所示，台积电计划在5纳米和4纳米节点之间用两年时间，在2022年第2季度交付4纳米。而为避免给三星“耀武扬威”的机会，台积电决定将其N4（4纳米）节点的进度“拉快”两个季度，以恰巧赶上竞争对手。首个使用台积电N4工艺的芯片是联发科的天玑9000系列。

△图1：经修订的制程工艺路线图。台积电声称已在2021年末交付了4纳米节点，只是当时误标为5纳米技术而已。

台积电可以突然从其通常严格而耗时的生产认证周期中足足挤出六个月的时间，对于这一点，我们本就应该感到怀疑。但是，当TechInsights分析天玑9000并发现关键工艺尺寸与台积电早期N5产品完全相同时，情况就不妙了。显然，台积电声称的4纳米产品是虚假的，正如联发科技声称拥有4纳米处理器一样。

与此同时，三星的智能手机部门正准备推出Galaxy S22，该机型部分搭载了三星自有的Exynos 2200处理器，宣称采用4纳米技术制造，但高通的骁龙8 Gen 1（出现在一些S22型号内）采用的是5纳米技术制造。为避免客户对一种处理器（较于另一种处理器）在制程工艺上领先的渴望，两家公司决定将8 Gen 1作为4纳米芯片推出。因为三星生产这两种产品，所以它创造了一种称为4LPX的新工艺，像N4一样，但只为一种产品服务。TechInsights在分析了骁龙芯片后，发现三星4LPX工艺在物理上与其5LPE工艺并没有什么不同。

但颇为讽刺的是，唯一使用真正4纳米技术的产品比假冒的4纳米产品表现更差。因为，三星在将其4LPE工艺投入生产方面过于冒进，导致Exynos 2200高缺陷率和低能效——特别是在其新的图形引擎中。由于Exynos芯片供应有限，三星电子在大多数Galaxy S22型号采用了高通骁龙8 Gen 1 处理器。

这些生产困境进一步促使高通转向采用台积电N4P工艺代工其新一代的旗舰处理器骁龙8+ Gen 1。TechInsights认为，台积电N4P才是真正的4纳米技术。骁龙8+ Gen 1是首个公开的台积电N4P工艺产品，预计苹果A16也将会使用N4P代工。这两种芯片都已经投产，苹果A16并将在9月份左右应用于新一代的iPhone 14系列手机。

台积电通常会给苹果一到两个季度的独家使用权来使用其最新的制造技术。看到高通出现在首批客户名单上令人惊讶，尤其是考虑到其基于骁龙的智能手机与苹果的iPhones直接全面竞争。台积电显然愿意打破苹果的独家地位，以便从三星手里夺取一项主要设计。（高通在许多其他产品上有选择台积电代工，但过去几款旗舰处理器都是基于三星产品制造的。）

真相很难面对

为什么代工厂突然虚报其晶体管进展情况？这比承认进展遇阻要容易得多。假冒的4纳米工艺和“真正”4纳米工艺之间的区别仅仅在于5%的光学微缩（10%的面积缩减）。即使是这小小的进步也打破了三星的产量模型，台积电也是花了两年时间才完成。这两家头部的代工厂预计明年将实现3纳米的大规模量产，而尽管他们在4纳米工艺方面奋力挣扎，却未能激发出多少信心。

考虑到节点之间的间隔时间较长，代工厂可能会在等待下一个节点的同时提高速度、功率或产量（最终达到相同的效果）。例如，虽然三星的4LPX与5LPE工艺具有相同的尺寸，但前者可能会提供一些其他优势来证明其有资格获得新名称。但是在晶体管密度没有任何提高的情况下，名称应采用5LPX，以表明该工艺仍然属于5nm节点的范畴。大多数人用5nm或4nm的简写来代替完整的工艺名称，所以数字还是很重要的。

尽管伪造新节点可以让代工厂摆脱短期困境，但这对他们来说是有害的。吹捧一个假冒的4纳米里程碑并放任客户大肆宣传，会稀释代工厂品牌的价值。如果4纳米不是真正的4纳米，那么节点名称还有意义吗？如果可以重新命名一个较旧的工艺，为什么消费者要为4纳米技术承担额外的成本呢？

一段时间以来，代工厂没有在节点数量和晶体管密度之间保持严格的相关性。但至少当他们在名称中采用一个更小的纳米数字时，就表明其已取得了一些密度方面的进步。公然将一个5纳米工艺重新标记为4纳米，则抹杀了节点编号的最后一丝意义。所以，当某个代工厂宣称其已达到下一个新水平的时候，直到拆解确认前，请切勿轻信。同样的道理也适用于那些吹嘘自己实现新制造技术的芯片供应商。随着摩尔定律磕磕绊绊走到尽头，最后留给我们的唯有谎言、该死的谎言以及那些毫无意义的节点名。

芯智讯点评：关于制程工艺节点的数字游戏早在多年前就已经开始。原本半导体产业界一直遵循着每一个大的代际的制程节点更新，都是以前一代制程的0.7倍对新制程节点命名，同时每一个大的代际升级，其晶体管密度将是上一代的两倍。比如英特尔90nm、65nm、45nm、32nm、22nm这样的命名，基本是遵循每两年升级一代，晶体管数量翻一倍的规则。

但是自2011年下半年英特尔发布了22nm之后，近2年半之后，即2014年上半年，英特尔的14nm工艺才发布（二季度末才量产）。而在14nm向10nm提升的过程中，英特尔在工艺上遭遇了挑战，其Tick-Tock策略（即一年提升工艺，一年提升架构）甚至停摆。

虽然2014年英特尔就推出了14nm工艺，之后仅一年不到的时间，三星也抢先台积电推出了自家的14nm工艺，当时台积电宣布量产的是16nm工艺。这也使得三星顺利夺下了苹果A9处理器的订单。但实际上，这只不过是三星的为争夺市场而采取的制程数字上的营销策略。之后的事实也证明，当时三星14nm工艺的性能甚至不如台积电的16nm工艺，这也是为什么苹果在A9之后又全面转向了由台积电独家代工。

即便台积电并没有像三星那样激进的玩“制程工艺数字的虚假游戏”，但是台积电也绝不是旁观者！因为台积电和三星对于工艺节点的命名，都不是像英特尔那样严格按照最初的命名规则来命名。

根据此前英特尔公布的数据显示，其2014年推出的14nm制程所能达到的晶体管密度已经与三年后（2017年）台积电、三星所推出的10nm的晶体管密度相当。

英特尔的10nm制程工艺虽然比三星、台积电的10nm工艺推出时间略晚，但是它的晶体管密度却达到了后者的两倍。

此外，英特尔10nm的鳍片间距、栅极间距、最小金属间距、逻辑单元高度等指标均领先于台积电和三星的10nm。

但是，对于大多数商用客户及消费者来说，并不会去深究各家制程工艺的实质差别，通常都会认为制程工艺节点的数字越小，就代表着越先进。这也使得三星、台积电在“制程节点命名的游戏”上越玩越嗨，并且凭此也赢得了市场的领先！

相比之下，“守旧”的英特尔却像个“祥林嫂”，一直在那说“我的是10nm相当于竞品的7nm”，“我的晶体管密度更高”，“竞品在工艺节点数字上的领先，并不是真正的领先”！但是，在消费者看来，英特尔在工艺节点数字上的落后是“真的落后了”。

而为了彻底扭转这一局面，在英特尔新CEO基辛格加入之后，很快就选择了“打不过就加入”的策略，也开始玩起了“制程节点命名的游戏”，彻底打破了坚守了数十年的命名规则，直接采用“Intel X”的命名方式，来与台积电的制程工艺节点一一对应。比如原本的英特尔10nm工艺被重新命名为了Intel 7，对应台积电的7nm工艺。

虽然，现在大家都在玩“制程节点命名的游戏”，但是基本上都是针对竞争对手，对于自家的产品，仍一直都是遵循制程工艺节点数字越小，越先进的命名规则。如果TechInsights的分析无误的话，那么三星、台积电跟客户一起“编造制造工艺的谎言”，拿“5纳米”来冒充“4纳米”无疑是太过分了。这也将使得制程工艺节点的命名，完全失去了应有的意义。