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5nm芯片集体“翻车”?2021集成电路行业5nm新消息解读

据雷锋网分析,最早商用的5nm芯片是去年10月份iPhone12系列手机搭载的A14仿生芯片,这款芯片晶体管达到118亿个,比A13多出近40%,且6核CPU和4核GPU使其CPU性能提升40%,图形性能提升30%,功耗降低30%。

  紧接着华为发布麒麟9000,集成153亿个晶体管,8核CPU、24核GPU和NPU AI处理器,官方称其CPU性能提升25% ,GPU提升50%。

  到了十二月份,高通和三星又相继发布了由三星代工的骁龙888和Exynos 1080,同样声称性能有较大提升,功耗下降。

  最先被爆出疑似“翻车”的是A14。

  据外媒9to5Mac报道,部分iPhone 12用户在使用手机时遇到了高耗电问题,待机一夜电量下降20%至40%,无论是在白天还是晚上,无论有没有开启更多的后台程序,结果依旧如此。

  最广为用户诟病的还属骁龙888。

  在首批使用者的测试中,不少数码评测博主都指出首发骁龙888的小米11性能提升有限,功耗直接上升。有人将此归结于骁龙888的代工厂三星的5nm工艺制程的不成熟,由此以来三星自己的两款5nm芯片也面临“翻车”风险。

  如果按照摩尔定律,芯片的晶体管数量每隔18个月翻一番,性能也将提升一倍,但晶体管的微缩越来越难,如今在从7nm到5nm的推进中,手机芯片的表现似乎并不尽人意,不仅在性能提升方面受限,功耗也“翻车”,面临先进制程性价比上的尴尬。

  为何5nm芯片频频翻车?当芯片工艺制程越先进时,性能与功耗究竟如何变化?

  集成电路的功耗可以分为动态功耗和静态功耗。

  动态功耗通俗易懂,指的是电路状态变化时产生的功耗,计算方法与普通电路类似,依据物理公式P=UI,动态功耗受到电压和电流的影响。

  静态功耗即每个MOS管泄露电流产生的功耗,尽管每个MOS管产生的漏电流很小,但由于一颗芯片往往集成上亿甚至上百亿的晶体管,从而导致芯片整体的静态功耗较大。

  在芯片工艺制程发展过程中,当工艺制程还不太先进时,动态功耗占比大,业界通过放弃最初的5V固定电压的设计模式,采用等比降压减慢功耗的增长速度。

  不过,电压减小同样意味着晶体管的开关会变慢,部分更加注重性能的厂商,即便是采用更先进的工艺也依然保持5V供电电压,最终导致功耗增大。   

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