芯東西（ID：aichip001）
文 | 董温淑
芯東西11月10日消息，繼蘋果、華為的5nm芯片揭幕後，另外兩家芯片巨頭三星、高通的5nm芯片業的發佈日期將分別在11、12月到來。
作為人類迄今能達到的集成度最高的芯片製造工藝，5nm製程最多可實現每平方毫米集成1.713億個晶體管；同樣基於移動處理器架構Cortex-A77，5nm芯片性能或能比7nm產品提升50%！
對於以降低功耗、提升性能為目標的智能手機處理器產業來説，5nm芯片製程成為其必須搶佔的“高地”。在這一產業窗口期，芯片設計、製造工藝成為5nm芯片商用落地的關鍵。
目前，全球手機SoC芯片市場排名前五的高通、聯發科、三星、蘋果、華為海思均已針對5nm進行佈局。隨着三星、高通旗艦芯片發佈時間臨近，在5nm這條賽道上，全球手機SoC芯片設計界的“五大巨頭”已然集齊其四。
把目光投向產業鏈上游，為4款5nm芯片代工的“山頭”上，則主要是台積電和三星各自圈地。
7nm、5nm、3nm……芯片製程越先進，單位面積晶體管數目越多，就越逼近物理體系的極限。隨着各家產品正式亮相，5nm芯片已然從一個摩爾定律的“傳説”，進入市場即將刺刀見紅的新局面。不消説，隨着搭載4款芯片的手機進入消費市場，5nm芯片的戰況，將愈加激烈。
然而，在5nm芯片商用賽道的起跑線上，蠢蠢欲動者遠不止蘋果、華為、三星、高通四家；而在5nm芯片代工賽道上，台積電、三星同樣打得難捨難分。
在四款5nm芯片閃亮登場的背景板中，美國一紙禁令縛住華為手腳、摩爾定律觸頂之下製程發展遇阻……還有種種因素正導致這場關於手機SoC的恆久戰役往不確定的方向滑去……
今天，芯東西與你一起撥開迷霧，走進這場手機芯片之戰的風暴眼——5nm芯片商用賽道的真實情況。
一、手機SoC設計之爭：四巨頭搶跑，誰還在排隊？作為目前可量產的最先進製程，5nm芯片已成為大部分芯片設計玩家追逐的目標。而其中最為人矚目的部分莫過於手機芯片設計玩家的比拼。一方面，各家5nm芯片的性能，直接關係到手機性能，因此成為消費者最關注的話題之一；另一方面，作為現有可量產的最先進製程，5nm產能必將被手機廠商追逐和瓜分。
高通曾預計，2021年全球5G手機出貨量將達到4.5億部，數量相比2020年直接翻倍。面對驟增的市場需求，蘋果/華為/三星/高通四家搶跑，剩餘的聯發科、紫光展鋭等玩家也已做好熱身。
蘋果、華為、三星、高通商用5nm芯片盤點
1、蘋果A14&華為麒麟9000：10月份塵埃落定
蘋果、華為自研的5nm芯片先後在10月份發佈，並分別落地於蘋果iPhone 12系列手機、華為Mate 40系列手機。
集成度方面，麒麟9000晶體管數目比A14芯片多出30%。蘋果A14集成118億晶體管，華為麒麟9000集成153億晶體管。
架構方面，蘋果A14芯片採用6核心CPU、4核GPU；華為採用8核CPU、24核GPU。
要指出的是，由於美國對華為獲取芯片技術的限制，華為麒麟9000是基於Arm上一代旗艦架構Cortex-A77進行設計的，而蘋果、三星、高通均可以獲得Arm最新IP授權。從網傳三星獵户座1080、高通驍龍875的架構情況來看，這兩款芯片均基於Arm最新的Cortex-A78進行設計。
另外，麒麟9000內置了華為自研基帶芯片巴龍5000。相比之下，A14芯片是外掛高通的X55基帶芯片。
據中國台灣《聯合新聞網》發佈的iPhone 12拆解文章，A14芯片確認外掛高通X55基帶芯片，但暫無法得知蘋果是直接採用高通完整設計，還是採用客製版產品。
iPhone 12拆解圖（圖源：《聯合新聞網》）
兩款芯片的綜合性能對比可參考跑分平台GeekBench透露的數據：搭載麒麟9000的華為Mate 40系列某機型跑分為單核1016，多核3688；搭載A14的iPhone 12跑分為單核1593，多核3893。
2、三星獵户座1080&高通驍龍875：抓住2020的尾巴
緊跟着蘋果、華為步伐，三星、高通計劃乘上2020的“末班車”，分別計劃於11月、12月推出5nm芯片。
其中，三星11月2日通過微博官宣，將於10天后（11月12日）在中國上海為獵户座1080芯片舉辦發佈會。這也是三星首次專門為一款處理器舉辦發佈會，三星對獵户座1080的重視由此可見一斑。
根據外媒信息，獵户座1080 CPU部分將採用4顆Arm最新Cortex-A78核心和4顆Cortex-A55核心。相比之下，三星上一代旗艦芯片7nm獵户座9825 CPU採用2顆定製M4核心、2顆Cortex-A75核心、4顆Cortex-A55核心。
據跑分平台GeekBench，7nm製程的獵户座1080跑分為單核1040，多核3017。
各大手機廠商中，華為、三星、蘋果對旗艦手機SoC各有自己的匠心設計，剩餘的小米、OPPO、vivo等一眾玩家，則瞄準了高通的5nm芯片。早在今年10月份，高通就曾官宣將在12月1～2日發佈5nm旗艦芯片驍龍875。
根據泄露的信息，高通驍龍875採用8核CPU、搭載自研的Adreno 660 GPU，並將集成驍龍X60 5G基帶。
GeekBench平台數據顯示，一款據猜測為搭載驍龍875的小米新機，跑分數據為單核1105，多核為3512。
為保證客觀，芯東西還蒐集跑分平台安兔兔透露的蘋果、華為、三星、高通5nm芯片跑分情況，並與四家公司7nm芯片跑分對比，製圖表如下：
3、聯發科、紫光展鋭正在“熱身”
四家設計巨頭各自在旗艦機SoC市場劃分地盤，相比之下，聯發科、紫光展鋭等玩家則瞄準了中低端機市場，亦在5nm芯片商用的賽道起點開始熱身。
右-2019全球手機芯片市場排名（圖源：Counterpoint）
作為全球排名第二的手機芯片設計玩家，聯發科主要面向中低端手機市場。今年以來，聯發科的5nm研發計劃同樣引起市場關注。
先是有消息稱，聯發科專門為華為打造了基於5nm工藝的5G高端平台。但隨着美國對華為禁令的影響逐漸擴大，九月初又傳出聯發科將“取消基於5nm工藝的5G高端平台研發計劃”。
對此傳言，聯發科官方下場闢謠，稱5nm芯片正按計劃推進，不會因為單一客户而更改產品計劃。
10月31日，數碼博主@數碼閒聊站爆料，聯發科正開發兩款芯片mtk6893、mtk6891，將採用全新5nm/6nm工藝，進度快於去年。考慮到這位博主曾多次押準手機產業鏈消息，有關聯發科5nm芯片的消息也較為可信。
@數碼閒聊站微博爆料
紫光展鋭方面，今年二月份推出了基於6nm EUV工藝的虎賁T7520芯片，並將於今年年底實現虎賁T7520量產。按照這一計劃，推出5nm芯片應當也在紫光展鋭計劃之中。
二、工藝比拼：都是5nm，台積電集成度更高這邊廂，5nm手機芯片設計玩家龍爭虎鬥，不論四家巨頭排位如何，都不會影響產業鏈上游的5nm芯片製造商吃進訂單。而那邊廂，儘管5nm芯片製造商僅有台積電和三星寥寥兩家，但同樣打得難捨難分。
有趣的是，目前率先商用的5nm芯片的四家中，蘋果A14和華為麒麟9000均是由台積電代工，將在接下來推出的三星獵户座1080、高通驍龍875則是基於三星5nm工藝。
全球先進製程技術密度對比
早在2019年，三星宣佈完成5nm芯片研發，計劃在2020年第二季度實現5nm芯片的量產。現在2020年已經進入第四季度，由台積電代工的兩款5nm旗艦芯已經落地，而三星代工的5nm芯片卻“趕了晚集”。
具體到產品性能，儘管三星5nm製程芯片還未正式發售，但業界有消息稱，台積電的5nm芯片產品集成度更高。
中國台灣《經濟日報》曾援引台積電內部消息稱，台積電5nm製程試產結果顯示，其晶體管是7nm製程的1.8倍。相比之下，三星5nm製程相比7nm製程，晶體管數僅增加二成，且台積電產品在功耗等方面均更有優勢。
台積電5nm策略（圖源：《經濟日報》）
兩家公司對更先進製程的規劃方面，今年7月份，三星宣佈將跳過4nm工藝，直接從5nm工藝切進3nm工藝。
今年8月26日召開的“2020世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會”上，台積電（南京）有限公司總經理羅鎮球透露，台積電預計在明年批量生產4nm芯片，在2022年批量生產3nm芯片。
兩家公司的計劃將會怎樣推進？推進結果如何，這些問題只能留待時間回答。
三、先進製程之爭：摩爾定律快碰天花板？5nm之後去往何方AI、5G、海量數據……種種因素推動之下，對計算的需求日益增長，呼喚着芯片製程往更高集成度的方向發展而去。這一背景下，一方面，5nm芯片紛紛落地；而另一方面，關於摩爾定律逼近極限的隱憂仍在盤旋。
就在5nm芯片商用戰火燃起，台積電、三星正在5nm賽道上短兵相接的關鍵時刻，昔日能與它們爭輝的另一大芯片代工玩家英特爾已經黯然離場。
今年7月24日，英特爾在2020年第二季度財報中宣佈，將其7nm CPU的發佈推遲6個月，也就是説，7nm CPU要到2022年下半年或2023年初才會首次在市場上亮相。英特爾CEO Bob Swan稱，其7nm CPU延遲是因為一種“缺陷模式”。
作為芯片代工領域的先行者和曾經的領先者，英特爾作出推遲7nm芯片的決定，幾乎印證了人們對更先進製程難以實現的擔憂。
目前來看，台積電、三星均利用FinFET（鰭式場效晶體管）工藝生產5nm芯片，即垂直利用空間、將場效應管立體化。
但是，隨着製程推進到5nm節點，FinFET工藝對先進製程的支持面臨瓶頸。
對此，學術界提出了一種全新的芯片生產工藝GAA MCFET（多橋通道 FET），即將芯片晶體管內部的硅通道全都用柵極材料包圍，以增加晶體管的密度、降低功耗、進一步增加溝道的縮放潛力，進而提高芯片性能。
GAA也被視為是實現3nm芯片製程的關鍵工藝，目前台積電、三星均已開始相關研究。
左-FinFET工藝；右-GAA工藝
從7nm到5nm，一年時間過去，先進製程追趕之路上已然發生微妙的變化。未來先進製程競爭之路上，誰將成為領先者？達到更先進的製程要求另闢蹊徑，或許也為昔日的落後者帶來彎道超車的機會。
結語：誰能笑到最後？對摩爾定律將死的“預言”已經流傳多年，芯片製程仍向更高集成度步步逼近。2020年在不知不覺中步入尾聲，蘋果、華為、三星、高通四大手機SoC設計玩家的5nm產品均將在第四季度揭幕。
目前，蘋果、華為的5nm芯片產品已經分別在自家的旗艦手機中商用。相比兩位領先者，三星、高通將打出怎樣的王牌？在接下來的11月12日、12月1日，答案將浮出水面。