從麒麟9000S到A17 Pro，誰(shuí)將笑到最后？

馬點(diǎn)秋

2023年9月19日，天津華為旗艦店開(kāi)業(yè)，Mate 60系列手機(jī)吸引了眾多消費(fèi)者

日前，華為未經(jīng)發(fā)布便開(kāi)售的Mate 60系列手機(jī)，引起了全國(guó)，乃至全世界媒體的熱切關(guān)注。其配備的新一代昆侖玻璃、衛(wèi)星通話以及XMAGE超光變主攝，都處于手機(jī)行業(yè)的翹楚水平，“遙遙領(lǐng)先”。

但無(wú)論是以上諸多先進(jìn)配置，還是5999元起的高昂售價(jià)，都不是這臺(tái)手機(jī)如此引人注目的原因。讓Mate 60火出天際，甚至在9月25日正式發(fā)布前，就成為現(xiàn)象級(jí)爆款的，是它所搭載的那顆“中國(guó)芯”—麒麟9000S處理器。

這是華為自2020年5月15日被美國(guó)全面封鎖、無(wú)法使用先進(jìn)制程代工生產(chǎn)高性能手機(jī)芯片以來(lái)，交出的第一份“答卷”。這也標(biāo)志著，中國(guó)大陸的光刻工藝水平里程碑式的突破。接下來(lái)，讓我們來(lái)深入了解這款芯片的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，以及它對(duì)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的意義。

超線程技術(shù)彌補(bǔ)制程代差

首先談一談這顆芯片所采用的制程工藝。雖然官方并未公布麒麟9000S芯片實(shí)際的代工廠商，但業(yè)界普遍猜測(cè)，其來(lái)源于中芯國(guó)際旗下最先進(jìn)的N+2工藝。

據(jù)國(guó)內(nèi)外眾多科技媒體的拆解評(píng)測(cè)，麒麟9000S芯片的晶體管密度，大概在86～100MTr/mm2（百萬(wàn)晶體管/平方毫米）之間，與國(guó)際主流水平—臺(tái)積電N4P的165.9 MTr/mm2，和三星4LPE的146.5 MTr/mm2，還存在很大差距，但基本達(dá)到了早年臺(tái)積電初代7nm的工藝水準(zhǔn)。

這無(wú)疑是對(duì)美國(guó)技術(shù)封鎖的一次強(qiáng)有力的回?fù)簦覀円矐?yīng)該看到，這同時(shí)也是中芯國(guó)際所采用的DUV光刻技術(shù)，在合理成本范圍內(nèi)，能做到的近乎極限。

要知道，強(qiáng)如“技術(shù)狂魔”的英特爾，旗下經(jīng)過(guò)多年打磨，被網(wǎng)友戲稱為“10nm++++”的10ESF DUV工藝，即便采用了良品率極低的SAQP四重自對(duì)準(zhǔn)曝光技術(shù)，達(dá)到的晶體管密度也僅為100.8 MTr/mm2；而自此之后，英特爾、臺(tái)積電、三星目前均已轉(zhuǎn)向EUV極紫外光刻領(lǐng)域—最新發(fā)布的iPhone 15 pro搭載的A17 Pro處理器，所采用的臺(tái)積電初代3nm工藝，晶體管密度已突破200 MTr/mm2大關(guān)。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)光刻領(lǐng)域若想獲得新突破，EUV仍是邁不過(guò)去的一道坎。

雖然距離國(guó)際先進(jìn)水平仍有5年到6年的技術(shù)代差，但經(jīng)過(guò)華為自主研發(fā)的鯤鵬系統(tǒng)深度優(yōu)化調(diào)教后，Mate 60系列運(yùn)行各類主流應(yīng)用軟件的速度，仍然做到了比較流暢的水平。

國(guó)內(nèi)光刻領(lǐng)域若想獲得新突破，EUV仍是邁不過(guò)去的一道坎。

取自Mate 60Pro的麒麟9000S芯片

Mate 60系列廣告

同時(shí)，麒麟9000S還配備了首次在手機(jī)端ARM架構(gòu)處理器中出現(xiàn)的超線程技術(shù)。作為一款8核心12線程處理器，麒麟9000S與華為數(shù)據(jù)中心級(jí)ARM處理器鯤鵬系列一脈相承地，采用了自研泰山架構(gòu)。它所繼承的，在服務(wù)器級(jí)處理器中比較常見(jiàn)、但在手機(jī)上非常罕見(jiàn)的“超線程”技術(shù)，將“1+3+4”中的1超大核與3大核虛擬為8個(gè)邏輯核心，與4小核一起共同構(gòu)成12線程，有效提升多任務(wù)處理效能。

然而，在服務(wù)器以及家用電腦領(lǐng)域已經(jīng)十分普及的超線程技術(shù)，遲遲沒(méi)有下放至手機(jī)市場(chǎng)的原因，便是其相比手機(jī)芯片廠商普遍采用的“大小核”多任務(wù)處理方案，需要消耗更多的功耗，以及需要應(yīng)用的專門適配。

早年，英特爾曾為移動(dòng)終端推出過(guò)配備超線程技術(shù)的Atom凌動(dòng)處理器，搭載在聯(lián)想、中興等廠商的一系列手機(jī)產(chǎn)品上，但x86復(fù)雜指令集天然高功耗的特性，與超線程技術(shù)結(jié)合的后果，就是讓Atom處理器成為了名副其實(shí)的“大火爐”，實(shí)在難以駕馭。

華為此次同樣為Mate 60系列配備了十分豪華的散熱規(guī)格，大概是期望其性能釋放，能夠彌補(bǔ)一部分制程代差所造成的性能損失吧。

技術(shù)奇才領(lǐng)導(dǎo)攻關(guān)

那么，中芯國(guó)際是如何在短短數(shù)年內(nèi)，將芯片代工工藝水平從14nm提升至7nm的呢？這就不得不提到中芯國(guó)際的靈魂人物，堪稱“芯片呂布”的技術(shù)狂人梁孟松。

作為芯片界的傳奇人物，梁孟松畢業(yè)于加州大學(xué)伯克利分校，師從3D晶體管之父、FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）發(fā)明者胡正明。FinFET于1999年被發(fā)明，但直到16/14nm節(jié)點(diǎn)研發(fā)階段，才作為MosFET的下一代技術(shù)被大規(guī)模投入使用，并成為14nm、7nm與5nm節(jié)點(diǎn)最關(guān)鍵的核心技術(shù)之一。

梁孟松博士畢業(yè)后，于1997年入職臺(tái)積電，并在2003年幫助臺(tái)積電研發(fā)出130nm“銅制程”，擊敗彼時(shí)如日中天的美國(guó)IBM，一戰(zhàn)成名，成為了早年“臺(tái)積電六騎士”之一。

后因與臺(tái)積電另一員大將蔣尚義關(guān)系不和，他出走臺(tái)積電，來(lái)到三星，將導(dǎo)師胡正明的FinFET從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，一舉幫助三星在2014年攻克14nm制程工藝，讓彼時(shí)仍停留在16nm工藝的臺(tái)積電損失了蘋(píng)果、高通70%的訂單，成為臺(tái)積電知名的“頭號(hào)叛將”。

中芯國(guó)際用3年的時(shí)間，走完了臺(tái)積電10年的路，股價(jià)也翻了7倍。

蘋(píng)果最新發(fā)布的i Phone 15Pro 搭載A17Pro處理器

2015年，臺(tái)積電狀告梁孟松違反競(jìng)業(yè)限制勝訴后，梁被當(dāng)時(shí)的中芯國(guó)際董事長(zhǎng)周子學(xué)游說(shuō)，于2017年加入中芯國(guó)際，又在3年的時(shí)間內(nèi)，接連幫助中芯國(guó)際攻克了28nm、14nm、12nm、7nm、N+1的技術(shù)難題，將中芯國(guó)際從一個(gè)半導(dǎo)體三線小廠，直接提升到國(guó)際一線代工廠水準(zhǔn)，用3年的時(shí)間，走完了臺(tái)積電10年的路，股價(jià)也翻了7倍。

值得注意的是，梁孟松在三星時(shí)期的年薪，最高達(dá)到了4000萬(wàn)美金，而在中芯國(guó)際的年薪，最高時(shí)也“僅為”150萬(wàn)美金，且他將其中絕大部分捐出，獎(jiǎng)勵(lì)給國(guó)內(nèi)微電子專業(yè)排名靠前的學(xué)校的優(yōu)秀學(xué)生和貧困生。

在之后公開(kāi)的辭職信中，他也表示，來(lái)到中國(guó)大陸，“只是單純地想為大陸的高端集成電路盡一份心力”。其個(gè)性與氣節(jié)，可謂國(guó)士無(wú)雙。

多方競(jìng)爭(zhēng)暗流涌動(dòng)

目前，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的最先進(jìn)制程，是臺(tái)積電3nm，被iPhone 15 Pro搭載的A17 Pro處理器所采用。而萬(wàn)眾期待的臺(tái)積電3nm工藝被揭開(kāi)第一層面紗后，它的提升效果并不盡如人意：其與上一代iPhone處理器A16相比，單核性能提升僅有10%，多核僅有3%，即便對(duì)近年來(lái)一直被人詬病“擠牙膏”的蘋(píng)果來(lái)說(shuō)，提升幅度也未免太小了一些。

但細(xì)究個(gè)中緣由，雖然存在著初代工藝良品率低、成本高、技術(shù)不成熟等客觀因素，難辭其咎，但也許問(wèn)題并不全出在臺(tái)積電身上—自2019年蘋(píng)果芯片工程師團(tuán)隊(duì)部分核心成員出走，創(chuàng)建芯片公司Nuvia后，蘋(píng)果的芯片提升便一直不溫不火，亮點(diǎn)乏善可陳，唯一的亮點(diǎn)大概僅有受到廣泛好評(píng)的A15處理器，它被連續(xù)搭載在iPhone 13與iPhone14兩代機(jī)型上。

2023年9月12日，美國(guó)加州，蘋(píng)果秋季新品發(fā)布會(huì)，與會(huì)者在觀看全新的iPhone 15

而Nuvia不僅在2020年發(fā)布的Phoenix架構(gòu)原型芯片上低調(diào)“秀肌肉”，單核跑分遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)的高通驍龍865、蘋(píng)果A13處理器，它還在2021年被高通收購(gòu)，幫助高通開(kāi)發(fā)自研架構(gòu)，解決了高通多年采用的ARM公版架構(gòu)，與蘋(píng)果A系列差距過(guò)大的問(wèn)題。

搭載Nuvia架構(gòu)的高通驍龍8 Gen4處理器，即將于2024年上市，其即將于2023年底發(fā)布的驍龍8 Gen3多核性能也有望超越蘋(píng)果。A系列處理器可能就此一蹶不振，可見(jiàn)研發(fā)人才對(duì)于一家芯片公司的重要性。

有趣的是，iPhone所遇到的芯片研發(fā)瓶頸，與英特爾當(dāng)年卡在14nm工藝的困境幾乎正好相反。與蘋(píng)果不同，英特爾的芯片并未經(jīng)臺(tái)積電代工，而是由自家光刻廠自主生產(chǎn)。

英特爾在14nm至10nm工藝的代際演進(jìn)過(guò)程，因?yàn)椴阶舆~得太大，要求過(guò)高，采用的技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，打亂了技術(shù)演進(jìn)的正常節(jié)奏，導(dǎo)致其在2014年至2020年間，被AMD迎頭趕上。

但英特爾在意識(shí)到問(wèn)題后，簡(jiǎn)化了10nm的生產(chǎn)工藝，終于在2021年發(fā)布能耗與性能均極為優(yōu)秀的12代處理器，一掃消費(fèi)級(jí)處理器多年不及AMD的頹勢(shì)。

它的下一代采用GAA全環(huán)繞柵極晶體管的20A制程，也在穩(wěn)步推進(jìn)中，與三星、臺(tái)積電并駕齊驅(qū)。由此可見(jiàn)，英特爾并不缺乏技術(shù)人才，而蘋(píng)果很可能正面臨人才匱乏的窘境。

隨著ARM近日高調(diào)上市，促成年內(nèi)最大IPO，其與高通多年的專利糾紛，和高通采用自研架構(gòu)、努力擺脫ARM的爭(zhēng)端，也即將進(jìn)入白熱化階段。

芯片產(chǎn)業(yè)依舊暗流涌動(dòng)，風(fēng)云詭譎。華為能否從麒麟9000S開(kāi)始王者歸來(lái)，從中殺出一條血路？只有時(shí)間才能證明。

責(zé)任編輯吳陽(yáng)煜 wyy@nfcmag.com