社论:纳米无稽之谈
铸造厂允许客户谎报制造工艺
林利Gwennap
许多人偶尔会在自己的年龄或体重上撒谎，但当公司撒谎时，就会被视为虚假广告，或至少是品牌稀释。这种情况最近出现在半导体市场上，两家领先的晶圆代工厂都允许客户声称他们使用的是4nm工艺，而实际上他们使用的是5nm技术。这种情况让所有人都很糟糕，尤其是代工厂。这是晶体管发展缓慢的症状。
问题始于三星，该公司一直在争夺台积电的下一个节点，宣布将在2021年底交付量产4nm芯片，而一年之后，该芯片达到了5nm。台积电原计划在5nm和4nm节点之间间隔两年，后者在22年第二季度交付，如图1所示。为了避免给三星吹嘘的权利，三星决定将其N4节点“拉进”两个季度，巧合的是，它的竞争对手(见MPR)。更少的人认为3nm技术值得等待”)。第一个(也是迄今为止唯一一个)使用N4的芯片是联发科的Dimensity 9000。
图1:修订的铸造工艺路线图。台积电声称已经在2021年底交付了4nm节点，但它只是错误地贴上了5nm技术的标签。
也许我们应该怀疑台积电会突然将其通常严格而耗时的生产验证周期缩短6个月。但当TechInsights分析Dimensity 9000时，发现关键工艺尺寸与台积电早期的N5产品完全相同(见MPR，“尺寸9000现在可在加大尺寸”)。晶圆代工厂声称生产4纳米产品是假的，联发科声称拥有4纳米处理器也是假的。
与此同时，在一个遥远的星系……
与此同时，三星智能手机部门正准备推出Galaxy S22，并注意到该公司自己的Exynos 2200采用4纳米工艺，而高通(Qualcomm)的骁龙8 Gen 1(出现在一些S22机型上)使用5纳米工艺。为了避免客户对一种处理器的渴望超过另一种，两家公司决定推出8 Gen 1的4nm部分。因为三星生产这两种产品，所以它创造了一种名为4LPX的新工艺，与N4一样，只生产一种产品。在分析骁龙芯片后，TechInsights发现4LPX在物理上与5LPE没有区别。
具有讽刺意味的是，唯一使用真正4nm技术的产品比假4nm产品表现更差。三星过于努力地将其4LPE工艺投入生产，导致Exynos 2200的高不良率和低电源效率，特别是在其新的图形引擎(见MPR，“Exynos 2200第一AMD GPU”)。由于Exynos芯片供应有限，三星在大多数Galaxy S22机型上安装了骁龙处理器。
这些生产困境促使高通跳槽，为台积电的新款N4P(我们认为这是一种真正的4nm技术)开发了新版本的旗舰处理器Snapdragon 8+ Gen 1。新的骁龙是第一个公布的N4P产品，尽管我们预计苹果的A16也使用N4P。这两款芯片都已投产，将于9月左右出现在手机上。
台积电通常会给苹果一到两个季度的独家使用权，使用其最新的制造技术。高通出现在首批客户名单上令人惊讶，尤其是考虑到基于骁龙的智能手机直接与苹果的iphone竞争。台积电显然愿意打破苹果的排他性，以夺走三星的主要设计。(高通在许多其他产品上使用台积电，但过去的几款旗舰处理器一直依赖三星。)
真相很难掌控
为什么晶圆代工厂突然在晶体管的进展上撒谎?这比承认进展非常微弱要容易得多。假4nm工艺和“真”4nm工艺之间的区别仅仅是5%的光学收缩(面积缩小10%)。就连这一小小的进步也打破了三星的产量模式，台积电花了两年时间才完成。两家晶圆代工厂都希望在明年实现3nm工艺的量产，但他们在4nm工艺上的挣扎未能激发信心。
考虑到节点之间的较长时间，代工厂可以在等待下一个节点的同时提高速度、功率或产量(最终达到相同的效果)。例如，虽然4LPX具有与5LPE相同的尺寸，但它可能提供一些其他好处，以证明使用新名称是合理的。但在晶体管密度没有任何改善的情况下，名称应该是5LPX，以表明该工艺仍然是5nm节点的成员。大多数人使用5nm或4nm的简写，而不是完整的工艺名称，所以数字仍然很重要。
虽然这能让他们摆脱短期的困境，但伪造新节点对晶圆代工厂来说是不利的。兜售虚假的4nm里程碑，并允许客户为其做广告，这削弱了晶圆代工厂的品牌价值。如果4nm不是4nm，节点名还重要吗?如果可以重命名旧工艺，为什么还要为4nm技术支付额外的费用呢?
晶圆代工厂已经有一段时间没有在节点数和晶体管密度之间保持严格的相关性了(参见MPR，“社论:纳米疯狂”)。但至少当他们分配一个更小的纳米数字时，它表明了一些密度的进步。公然地将5nm工艺重新标记为4nm，将消除节点编号的最后一丝意义。因此，当代工厂说它已经达到了一个新的水平时，不要指望它，直到拆除证实它。同样的情况也适用于那些鼓吹自己拥有新制造技术的芯片供应商。摩尔定律摇摇晃晃地走到了尽头，留给我们的是谎言，该死的谎言和节点名称。
