三星EUV 7nm翻车始末,EUV到底靠谱吗?

万能的大熊 2019-09-20

原标题:三星EUV 7nm翻车始末,EUV到底靠谱吗?

三星EUV 7nm芯片翻车事件,可以说是前段时间震惊行业的一件大事。这个事情之所以引发如此大的轰动,原因还是相当复杂。当然最重要的是,三星的EUV 7nm是高通系全村的希望,一旦翻车拖延,势必会被华为麒麟系拉的更远。毕竟已经确定的是高通865芯片是不会集成5G基带的,这种外挂要保持一整年,也就是落后麒麟990至少整整一年,而中端继承这种事情效果还不好说,所以这次高通865的核心卖点,还是要落在EUV的7nm工艺上。如果这个再翻车,那就真的是兵败如山倒了。

翻车事件真伪难辨,尽管几天后三星出来辟谣说这个内容与事实完全不符,但从公关口径来说,这个说辞还是有很大的转圆空间。这个不符是没有完全翻车?还是高通的没有翻车?还是翻的不仅仅是高通的车?其实怎么解读都不为过。所以真相恐怕还是要看最终的交付会不会延期就知道了。好在年底没有多久了,等待这个事实也不能算晚。不过三星的EUV 7nm工艺到底怎么样,倒也不必通过高通的产品来看,三星自家也有类似的产品。

那么三星的EUV到底怎么样?不如我们从它自家的“全球首款EUV芯片”猎户座9825那里管中窥豹,瞅瞅到底是骡子是马。

全球首款EUV诞生记

根据公开参数,三星9825采用7nm LPP EUV制程工艺,相比前代9820使用的8nm LPP FinFET工艺,晶体管性能提高20%~30%,耗电量减少了30%~50%。Mali-G76和Cortex-A75的时钟频率都更快,这使得Exynos 9825的整体运行调度比9820更积极。而9820的图形处理能力又比9810提升了40%,功耗还降低了35%。(注意:这些话后面还要再挖一次的)

现在让我们来见识一下9825在测评中的真正表现吧。

这是9825的GPU烤机结果,所谓的烤机指的是高强度的性能测试,用以了解芯片的性能和功耗之间的关系,可以看到图中蓝色的曲线表示的是性能得分,两个数字分别表示最高值和平均值:416分和414分。红色的曲线表示的是功耗,同样有最高和平均两个值:4.2w和3.8w。

我们就用平均值来做能效比吧,414/3.8=108.9。这大概是一个什么水平?那就需要对比了,官方说它比上一代进步不小,那我们就和上一代比吧。

这是9820的GPU烤机结果,性能最大和平均值分别是386和383。可以看出来9825确实是有进步的,那么功耗呢?最大值和平均值分别是4w和3.5w。还是计算平均值,我们得到383/3.5=109.4.

好的,上一代是109.4,新一代是108.9,涨幅高达-0.45%!?

我有点不相信自己的眼睛!能效比不升反降。那么绝对性能呢?(414-383)/383=8%。嗯,涨了区区8%……从这个数据来看,猎户座9825的“安卓之光”是当不成了。那么到底这是为什么呢?这是不是EUV的锅呢?

从工艺开始分析

(注意,以下内容均源自我的个人推理,不代表任何专业观点,请勿引用,如出现相关利益纠纷,概不负责。)

难道说EUV只是一个骗人的把戏?当然不是,要不然麒麟990(5G)如何才能从69亿晶体管一下子暴涨到103亿的?这个问题根据我的分析,可以化为两小问题:

1、9825上的EUV和990上的有什么不同?

半导体界的“摩尔定律”指出,“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。”这也就指出的制程升级的初衷,为了塞下更多的晶体管,所以像990这样的升级才是“合乎逻辑”的,而9820到9825呢?我们不妨看看它俩的配置有什么不同。

嗯……完全没有不同,就结构来说,所谓的性能提升8%原来就像上面官方原文据说的那样:“Mali-G76和Cortex-A75的时钟频率都更快,这使得Exynos 9825的整体运行调度比9820更积极。”只是提高频率的结果啊!这不是高通855 PLUS的套路么?难怪能效比反而下降了,因为所有机器都有一个合适的工作范围,大概是极限能力的50%,如果强行加压,虽然绝对能力会上升,但是效率是一定会下降的,这也从侧面反应了一个问题,9825的所谓工艺升级,其实对芯片基本没有提升或者提升极少。

这是为什么呢?问题就出在“不合逻辑”的升级上,9825根本没有增加晶体管,而芯片的面积也未见有缩小的报道,这也说明了这其实应该是一次不完全的升级。为什么这么说呢,因为芯片其实是一个立体的结构,只有最下面的一层硅板上有晶体管,其他的全都是铜的连接线,每个晶体管有3个引脚,60亿的晶体管就有180亿个触点需要连线!而且连线方式也不是1对1这样比初恋还青涩的结构,而是盘根错结,鳞次栉比。这些才是芯片最复杂的部分,一般有十几层厚。借用另一篇科普EUV文章的说法就是“比重庆魔幻立交桥还要复杂一万倍”。

右边仅仅是6个晶体管的连接,就已经如此复杂

当制程进步后,晶体管当然会缩小,而为了塞入更多晶体管,铜线必须要变细才行,这才是一次完整的升级。据我不负责任的猜测,三星这一次很可能只是最下面一层硅板应用了EUV工艺,而铜线和9820一模一样,所以才会出现“几乎毫无提升”的现象。

这也就意味着,在9825上EUV的应用率非常低,它占工艺90%以上的铜线很可能还是8nm的旧工艺加工的。而铜线的长度才是决定一款芯片能耗是否下降的关键因素,所以现在我们回头两次解读三星官方的原话,发现实在是太鸡贼了:“晶体管性能提高20%~30%,耗电量减少了30%~50%”。你看,只说晶体管如何进步,却压根不提整体表现怎么样,也不是欺骗,就是只说一半的真话。现在再去看看三星的没有翻车的声明,看看是不是一个老师教的?

2、三星的EUV和台积电的有什么不同?

三星和台积电是手机芯片业的双雄,但是它们的实力并不相同,常年都是台积电领先且成熟。三星之所以能被星粉捧为“安卓之光”,全赖当年的猎户座7420,当时三星直接放弃20nm,实现了14nm工艺进度反超台积电的16nm工艺,风光了一把。

那么为什么三星能弯道超车呢,因为研发实力雄厚?当然不是,而是因为时任台积电技术抗把子的梁孟松因内部人事调动不公,愤而出走到了三星,将最新的技术也带了过去,据说此大佬的水平可以达到“不用直接透露技术细节,只要暗示三星哪些线路是行不通的,就可以为其省下大笔时间和经费”。为此台积电还在掌握足够证据后状告梁孟松胜诉,令他不得于2015年底前为三星提供服务。

可能出于民族情结,也可能是认为这片海洋更广阔,2017年梁孟松又来到了大陆的中芯科技,为中国的芯片业发展做贡献了。

那么失去的梁孟松三星又如何呢?古话有云“知其然,不知其所以然”,从别人那里挖来的技术,终究没有自己研发得来的扎实。之后台积电再次迎头赶上,而三星的工艺制程则成长缓慢,比如上一代的技术,台积电已经实现了7nm,而三星的却是8nm,据说这个8nm不过是10nm“魔改”而来,在很多关键性能上和台积电相距甚远。

总结:

这么看来9825是三星为了强抢首发,或许在来不及重新设计以及良品率不能保证的情况下,赶出了9825这么一个(很可能)升级不完全的半成品,给“摩尔定律拯救者”、“次世代技术”的EUV丢脸了。如果三星不能在今年第四季度加强工艺改进,吃透EUV这把无比锋利的手术刀,照这个形势下去,骁龙865的前途也是堪忧啊…… 怪不得有媒体报道,高通的5nm芯片最后还是选择了台积电来做。未来这一年,先怂着吧。

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    宗宁 知名自媒体人,微营销专家,硬件领域意见领袖,微营销第一社群大熊会创始人。
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