A9处理器,台积电真的比三星好吗?

这几天买iPhone 6S的话,应该会很紧张手机里的CPU是哪个厂生产的。是台积电版还是三星版?前几天,台积电的A9比三星的省电20%。苹果公司冲出来否认三星劣质,强调正常使用只有2-3%,甚至把查CPU型号的App给撤了,让一般用户无法知道手头CPU的型号。真相是什么?让我这个半导体行业的业内人士为大家解开谜团。

提前说一下,苹果官方公告没有骗大家,跑分不是正常使用。CPU只是手机中许多组件中的一个,还有更耗电的LCD屏幕和无线通信。正常使用情况下,CPU根本没有多少时间运行,所以即使CPU多消耗20%的电量,一般的电表对续航能力也只有2-3%的影响,真的差不了多少。真的不需要买了三星版iPhone 6S去苹果店退货。

但是,跑步过程中的耗电差异也是事实。从Geekbench(以及一直在修改的苹果测试软件)的运行数据来看,很明显有两组不同的功耗。同一家工厂生产的CPU总会有一些微观性能的差异,这是半导体生产过程中的物理变量,但三星的CPU显然比台积电耗电更多。毕竟两家工厂用的是完全不同的技术。

另外,CPU在运行时,电能转化为热量,中学物理科学过了能量不灭定律,所以CPU耗电多自然会更热,所以三星在运行时比台积电高几度。

三星使用14纳米技术,而台积电使用16纳米技术。一般来说,半导体工艺越精细,运算速度越快,越省电。三星显然比台积电薄了2纳米。有证据表明,三星的芯片明显比台积电的薄。为什么技术更低更节能?其实什么14nm或者16nm只是营销的名义。很久以前半导体行业就说是600nm工艺,构成逻辑单元(门)的电路确实是600nm宽。

现在不管是16nm还是14nm,其实都是同一代工艺,数字比上一代小了20nm。在这一代技术中,英特尔的逻辑单元明显比其他工厂的要小。它自称14nm,台积电有点亲切。知道它的逻辑单元很大,不好意思叫14nm,就叫16nm。

三星其实是偷鸡摸狗。技术上应该是28nm,然后是20nm,然后是14nm。他们跳过了20nm,直接告诉自己要做14nm,让外界以为他们在技术上正在追赶英特尔。但是,也不能说三星完全是在吹牛。在20nm和14nm之间,逻辑单元的大小其实是一样的。最重要的区别是改用FinFET工艺,也就是外界说的逻辑单元结构从平面变成了3D。FinFET和老的flat技术的区别太专业了,我说的话没人听得懂。简而言之就是更省电,速度更快。

iPhone 6S中的A9,三星用的是14nm的第一代14LPE工艺,台积电用的是16nm的第二代16FF+工艺。在半导体行业,台积电的16FF+比三星的14LPE省电20%,这基本是公开的秘密。主要原因是台积电比三星漏电好,电路静态时功率损耗少。毕竟,台积电已经积累了在晶圆上制造基板的20nm设计经验。三星偷工减料,跳过了20nm,最后总是要交学费。三星二代14LPP技术应该和16FF+不相上下,但是量产进度出了问题,所以三星不得不用14LPE来硬推。

虽然理论上16FF+比14LPE省电,但从未被证明。一个正常的公司不可能同一款芯片有两个不同版本,因为不划算。不同的芯片不能直接比较,因为还有很多其他的设计因素。芯片制造成本非常昂贵。除了电路的设计成本,做一个芯片掩膜要几百万,一个工厂就能生产出来。由于材料规格不同,芯片模具必须在改装厂完全复制。只有苹果这样的有钱公司才会把一个芯片做两次,交给两个不同的工厂生产。A9可以说是半导体界一场令人瞩目的技术竞赛。我相信很快会有更详细的测试来彻底分析台积电和三星的技术。

这次“芯片门”危机,苹果很可能毫无损伤。毕竟买iPhone的人买的都是苹果品牌,不会在意里面用的是哪个厂家的CPU,实际使用也没有太大区别。只是苹果本可以轻松避免这场危机。A9出货量需要两家工厂一起生产才能供应够,但iPhone 6S可以用台积电,电池更大的6S Plus可以用三星。两个电话部件差异太多,不应该直接比较,所以不太可能出现这个问题。

自从乔布斯去世后,苹果的产品质量控制一再出现问题,这在以前是绝对不会发生的。虽然苹果的iPhone依然是买的火热,依然是世界上最有钱的公司,但是感觉完全不一样了,没有了创始人那个年代的霸气,而是像十年前刚刚开始兴盛衰落的微软。

台积电胜利的秘密

新的苹果iPhone6s和6s Plus是苹果公司由台积电和三星两家制造商设计的第一款处理器A9。此事为台湾省科技界和投资者所熟知。直到美国著名网站iFixit拆解了苹果刚刚上市的两款手机,发现台积电和三星制造的A9处理器其实型号不同,很容易识别,才引发了一场世界范围内衡量“台产”和“三星产”效率差异的热潮。

全球网友也惊讶地发现,根据播放电影、运行测试软件等不同方式,台式机处理器比三星版可以省电近30%。

此后,在香港和其他国家拒绝购买“三星商品”迫使苹果公司做出回应。苹果给美国著名科技网站Techcrunch发来的官方声明是:“一些实验室让处理器保持高负载状态,直到电量耗尽。这不符合现实生活情况...我们的测试数据和客户数据(编辑:监测已售出的苹果手机)显示,所有不同部件的iPhone6s和6s Plus的真实电池寿命差异仅为2-3%。”

然而,Techcrunch指出,基于所有消费者的平均使用情况,苹果的省电效率并不合理。因为不停地玩手游、看视频可能是一些科技重度用户的“普遍情况”,而那些人才是最在意续航的人。

为什么台积电的工艺处于高负荷状态,相比竞争对手可以大大省电?

一位不愿意透露姓名的电气工程教授表示,台积电已经发表了16篇关于最新16 nm FinFET工艺的技术论文。但没有线索表明它能大大省电。但这并不奇怪。台积电实际量产过程的表现往往比公开信息要好。“他会留下一只手。”

根据他的理论分析,过去业界努力的方向是降低待机时的功耗。但这一次,似乎台积电新工艺的优势在于它可以在高负载下以更低的功耗运行晶体管。“这个很厉害。”

然而,许多人质疑三星的14纳米工艺比台积电的16纳米工艺小。理论上半导体工艺不是更小更节能吗?

事实上,这涉及到台积电和三星之间的争斗,一个动荡的角力过程。

一位前台产品高管曾向记者透露,台积电为苹果提供的16 nm FinFET工艺原本打算叫20 nm FinFET。因为这种工艺的晶体管最小半节距与量产的上一代20 nm CMOS工艺相似,所以只替换了革命性的超省电FinFET晶体管。

但是客户回应说你的工艺和三星的差不多,只是三星的名字是14 nm,你的是20 nm。在市场上销售的采用台积电工艺的产品很容易被认为是落后三星一代,并感到厌倦。

台积电采纳了好的建议,很快就改了名字,但只敢叫它16 nm。“至少我们还有点良心,不敢像三星那样随便喊”,前台高管苦笑着说。

回顾半导体制造的历史,过去的技术几代人一直坚持摩尔定律——一年半到两年之间,晶体管最小尺寸的线宽缩小了0.7倍(面积缩小了0.49倍,几乎是一半)。由国际组织——国际半导体技术蓝图联盟(ITRS)统筹,引领行业快速前进。

过去,台积电也向该仪器致敬,90纳米、65纳米和45纳米仍在继续。

但是在32 nm,应该是2010在路上。当时刚回锅当CEO的张忠谋,突出了怪招,跳过32 nm,推出了晶体管面积小20%的28 nm工艺代。效率和成本远远优于竞争对手的32纳米产品。

三星、IBM、Grofonde的阵营猝不及防,步伐混乱,于是28 nm成为台积电历史上最赚钱、最有统治力的一代。

这是一向以深度思考和战略著称的张忠谋不太为普通人所熟悉的战术层面。

有了这个先例,这次三星“跳过”20 nm,直接进攻14 nm FinFET,只能算是一次“以其人之道还治其人之身”的成功反击。

但在2016接下来的A10之战中,三星可能会彻底落败。

张忠谋四年前宣布台积电将进入包装领域,这在当时震惊了业界。但现在事实证明这是卓有成效的。台积电最先进的集成扇出(InFO)晶圆级封装有望首次应用于A10处理器。

花旗集团证券(Citigroup Securities)分析师罗兰·舒(Roland Shu)在最新报告中表示,信息业务应该很难在短期内赚钱,但它可以使台积电与竞争对手三星区分开来。如果明年推出的苹果iPhone7的A10处理器采用InFO技术,并基于InFO技术由台积电独家拥有,“台积电极有可能拿下压倒性比例的A10订单。”