因為眾所周知的原因,現在大家對芯片已經了解了很多,起碼對芯片制程工藝有了一個概念上的認識,了解到芯片性能的提升離不開使用更先進的制造工藝,所以EUV光刻機在近幾年受到了全球的重視,但與此同時也埋下了一個不小的隱患,并且這個隱患已經開始露頭,成為各大芯片企業的頑疾。
這個頑疾就是高出天際的成本,更先進的制造工藝誠然可以直接提升芯片性能,但是與成本相比,這個提升的幅度已經難以讓人接受,這種情況其實從14納米工藝開始就已經初露端倪,以蘋果A9芯片為例,從A9到A15,橫跨了6代芯片,但是平均性能提升只有16%,還有這次蘋果新采用的A16芯片,其比A15在綜合性能上只提升了14%,如果不考慮LPDDR5內存帶來的作用,那麼性能提升還會更低。
但是A16芯片的成本卻是A15芯片的2.4倍,這也是為什麼蘋果沒有在iPhone14和Plus版本上采用A16的直接原因,可A16實際上依然采用的是5納米工藝,N4只是5納米的改良版,所以如果采用3納米工藝的話,那麼A16的成本就可能會是A15的4到5倍。所以我們看到蘋果本該在今年推出采用3納米工藝芯片的產品,但是卻沒有一款產品采用。
近日台積電還親自宣布,其7納米、6納米工藝遭遇了大量砍單,這種情況還會持續9個月,不過這是樂觀的估計,因為台積電已經暫時放棄了擴建其高雄7納米工廠的計劃,反而要建設一座28納米工廠,結合台積電之前宣布還要關閉4台EUV光刻機,由此可見先進工藝的高成本已經讓各大芯片巨頭,包括蘋果在內都難以承擔。
因此整個業界都在尋找其他方法,即不采用先進工藝,僅采用價格低廉的成熟工藝也可以制造出性能強大芯片的方法,就在此時,我國5大芯片技術被「曝光」,可以說,這5大技術是對台積電的先進工藝形成了「合圍」,幾乎在各個方面都實現了替代,這種替代不僅是可以提供更低廉的成本,而且功耗更低,性能還更強大。
第一種就是存算一體技術,可能大家不知道,我們現在的計算結構,還是使用的半個多世紀前的馮諾依曼架構,這種架構存在一個非常大的弊病,就是內存的速度太慢了,導致芯片大部分時間其實都是在等待之中,在業界這被稱之為內存墻。早期的芯片因為性能很低,所以內存的問題還不是很嚴重,但是隨著芯片性能的增強,內存的速度卻沒有跟上,導致芯片有勁是不出。而存算一體是將內存與芯片一體化,芯片需要數據的時候不用還要到外部的內存去調用,可以讓芯片的計算幾乎沒有空閑的時間,極大的提升了芯片的利用率。
第二種就是異構集成技術,傳統的芯片只有一種架構,以往的芯片需要計算的任務比較單一,沒有太多復雜多變的場景,但是如今已經大不相同,所以傳統的單一架構就難以招架,而異構集成技術,就是可以將不同架構的芯片都集成到一起,大家都是某個領域的專家,要處理哪個領域的任務,就調用這個領域的專業芯片,所以效率同樣大幅提高,目前該技術已經被美企重視,而我們已經有了自己的標準。
第三種就是硅光子技術,傳統芯片的介質采用的是金屬銅,之前采用的是鋁,而硅光子技術則是用光子來替代銅成為介質,使得芯片之間的鏈接速度大幅提升,而且還能大幅降低芯片的功耗,所以使用場景非常多,預計三年后,硅光子芯片的市場容量會有約4000億人民幣的市場當量,像華為在硅光子芯片上就已經成績斐然。
第四種就是采用新材料,我們知道現在的芯片使用的材料是硅,原材料是沙子,也就是二氧化硅,但是這次我們推出的新材料是碳納米管,原材料是二氧化碳,也就是我們可以把空氣當做原材料,北京大學電子學院院長表示,碳納米管芯片比硅芯片的性能提升成百上千倍,所以采用碳納米管新材料,制造工藝可以選擇從90納米開始,依然可以制造出性能強大的芯片,該技術已經被北大在國際頂級期刊「新進功能材料」發表,僅目前的階段所達到的效果,就已經是硅基芯片性能的近10倍。
第五種就是SIP技術,所謂的SIP技術就是一種先進封裝技術,以上我們從芯片的設計、制造環節紛紛推出了替代先進工藝的技術,而先進封裝算是補上了最后一道環節,目前我們在先進封裝領域成績頗多,全球前三大芯片封裝企業已經有中企出現,全球前十大芯片封裝企業中企有8家,而我們的先進封裝光刻機更是國際領先水平,并不依賴進口。
所以我們綜合來看,雖然先進工藝屬于尖端技術,但是這種尖端技術并不受到市場的歡迎,從整個芯片市場來看,90%的芯片都不是采用先進工藝,而已經采用先進工藝的企業,也開始轉而采用其他方法提升性能,而不是繼續采用新工藝,例如蘋果。就連ASML近日都表示,高NA將是最后一代NA,光刻技術或許已經走向終結,其給出這樣一個觀點的關鍵也是高成本。
因此分析師就指出已經塵埃落定,先進工藝看似光鮮華麗,但是高成本問題已經令企業難以承受,芯片設計企業付出了幾倍的成本,性能卻并沒有獲得多少提升,先進工藝不具備太多的商業價值,就連蘋果都選擇了回避,一個5納米的改良款工藝,都讓蘋果沒有在新款iPhone14上全部采用,都讓成本翻了2.4倍,那麼以后的2納米、1納米呢?
很顯然,如果我們沿著別人已經走過的路繼續走下去,那麼只能是追趕,也幾乎不可能彎道超車,但現在時代賦予了我們新的機會,我們也做好了準備,那麼我們就可以實現換道超車,就像汽車產業一樣,在燃油車時代我們是難以超越國際大廠的,但是汽車產業換代了,現在進入了電動汽車時代,因此我們的國產品牌迅速崛起,例如比亞迪已經成為全球乘用車和電動大巴的雙料冠軍。
所以對于芯片上依然如此,我們的未來大有可期,我們不用等到量子芯片才換道超車,現在已經開始。
代表者: 土屋千冬
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