谁说摩尔定律失效!10nm军备竞赛打响,但良率仍是难题

随着高通骁龙835、联发科X30等旗舰处理器登场，各个厂商早已摩拳擦掌，开始进入10nm竞赛，2017年将或许是智能手机处理器竞争最激烈的一年。

在业界看来，芯片厂商之所以如此积极采用10nm工艺，有着技术上的迫切需求。因为先进的工是降低产品功耗、缩小尺寸的重要手段，这可以让高端芯片更轻薄省电，将有助于提升手机厂商的产品均价与竞争力。国家知识产权局知识产权发展研究中心研究员王雷在接受《通信产业报》（网）记者采访时表示：“市场对于目前智能手机有旺盛的提高续航时间，以及新VR应用的性能的需求，所以手机芯片进入10nm制程技术竞争是目前的大势所趋。”

工艺迭代本质

在描述手机芯片性能的时候，纳米数是最常见的叙述词，从20nm、14nm、10nm，它们的迭代的本质是什么？

芯片市场上，一款芯片制程工艺的具体数值是衡量手机性能的关键指标，制程工艺的每一次提升，带来的都是性能的增强和功耗的降低，得益于摩尔定律，迭代至今，比拇指还小的芯片里集成了上亿个晶体管。具体来说，纳米数如何计算和得出，要从芯片的组成单位晶体管说起。

晶体管结构中，电流从源极流入漏级，栅极相当于闸门，主要负责控制两端源极和漏级的通断。电流会损耗，而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗，表现出来就是手机常见的发热和功耗。宽度越窄，功耗越低，而栅极的最小宽度则称为栅长，也就是纳米数。而对于芯片制造商而言，主要就要不断升级技术，力求栅极宽度越窄越好。

核战无意义 制程见真章

一直以来，芯片的演进从表面来看，更多体现在了核心数的刷新上。其实影响CPU性能的因素有众多方面，包括采用何种架构、主频数字、制程等。从单核到八核，单纯将核心数作为核心参数的想法，已经被证明是非常片面的。以四核心与八核心对比为例，单个核心的品质将部分决定CPU的最终表现，不过从结构上来看，八核心却并不是简单地将四核心进行累加，而是需要重新设计架构，力求实现核心间的协同共存。因此，八核CPU的性能未必就能超越四核CPU。

业界逐渐达成共识，堆积下的“核战”已无实际意义，切合用户需求才是根本，寻求平衡已是厂商突破的方向。例如骁龙820/821都是四核设计，而骁龙835回到八核，Qualcomm产品市场高级总监张云对《通信产业报》（网）记者表示，高通认为，核数并不重要。但有一点，在很多低负载应用的情况下，小核起到的作用相当大。因为手机在日常使用中，玩游戏或使用高负载应用的情况并不会一直都很多。为了在低负载的时候把功耗降下来，高通多做了效率丛集的设计，希望能在整体性能与功耗之间做得更平衡一些。

由此，智能手机芯片的推进方向之一被集中到了制程工艺上。10nm制程技术作为当下最新芯片采用的主流技术，被认为是2017年全球智能手机芯片最大的卖点。2017年4月，三星Galaxy S8率先采用10nm芯片，搭载包括骁龙835、Exynos 8895两款三星工艺旗舰级芯片，跑分也创下新高，公开数据显示，采用10nm制程的骁龙835，在集成了超过30亿个晶体管的情况下，体积比骁龙820小35%，整体功耗降低40%，性能暴涨27%。从应用上来看，骁龙835实现了视觉质量、声音质量和直观交互的性能提升，包括高达25%的3D图形渲染性能提升，还包括六自由度（6DoF）VR/AR运动追踪。通过这些技术，骁龙835可以为用户带来极强的沉浸式体验，让VR的需求可以进一步满足。

综合看来，10nm与之前的14nm、16nm相比较，意义主要在于缩小体积、增强性能、降低功耗，对于搭载的手机而言，直接带来的变化就在于处理效率更高、续航更加出色和尺寸更为纤薄，同时也使得在有限的结构空间内聚合和驾驭更多的功能模块，增加可玩性。

良率难题

对于芯片制造商而言，趋向技术升级，你追我赶的游戏从未停止。宣称要在今年量产10nm的半导体晶圆代工厂有台积电、三星和英特尔。不过令人震惊的是，台积电、三星两厂都曝出了10nm制程良率不佳的消息，近日，有国外媒体爆料称英特尔在10nm量产的过程中也遭遇了良率不佳的问题。准备在2017年采用10nm工艺的厂商不胜枚举，海思麒麟、高通骁龙、联发科等高端科技厂商都将使用10nm工艺，一旦良率不佳，将会导致CPU大面积缺货，产能受限问题或引发行业震动。

一位业内人士对《通信产业报》（网）记者表示，良率不佳的主要原因在于深紫外光刻机已经难以满足10nm工艺的制造，过多次数的曝光以及刻蚀会让产品的良率难以控制，而未来的极紫外光刻机尚未能够投入到半导体的制造中。

10nm所碰到的难题不是偶然现象，产品的演进与迭代是否速度过快，欲速则不达，是业界要考量的关键所在。王雷表示，为了实现10nm水平的芯片制造，芯片的材料，金属栅极、刻蚀介电覆盖层、刻蚀、封装、测试都研发了大量技术，并产生大量专利，这些专利都已经有几年的历史，并不是刚刚提出的新技术。从技术原理来讲，10nm乃至未来的7nm都是没有问题的，现在主要是在工艺层面，提高良品率，降低成本价格。这在每一次CPU进程的推进中都是正常现象，但从三星电池爆炸事件中，也提醒产业界，面对市场需求如果盲目追求速度忽略产品成熟度可能导致未来产品产生大面积问题。

中国大陆缺“芯”问题待解

在手机芯片领域，高通的领导者地位已持续多年，当然，与其背后的研发与创新有着必然联系，但随着智能手机市场的越发动荡和上游原材料紧缺的局面，芯片市场陆续涌入了不少新玩家，对高通的影响也与日俱增。

老对手联发科从来没有放弃蚕食高通的市场份额，2016年，联发科凭借Helio P10、X20、X25抢占低端市场，取得不俗的战绩。联发科也一直希望“插手”被高通占据的高端芯片市场。在MWC 2017上联发科推出的Helio X30芯片也宣布引入台积电的10nm工艺，虽然在时间上相对较晚，但联发科的成本优势依然是众多国产手机品牌看重的地方。据联发科表示，Helio X30已经投入量产，相关终端将在今年第二季度面世。虽然行业中良率传言不断，但也说明联发科与高通一直“掰手腕”。尤其是在OPPO、vivo两家去年的高速增长下，如果可以依旧形成去年的布局情况，联发科必然会与高通争抢更多订单。

遗憾的是，从目前的动向而言，我国大陆芯片厂商目前还没有10nm的相关产品问世，海思麒麟970由于华为自身处理器研发周期问题，应该会相对较晚投入量产，但麒麟芯片目前只用于华为自身旗舰系列，所以时间并不是问题。从华为终端的战略部署来看，海思麒麟用在高端产品目的是为了保证利润，而随着华为对利润的更高追求，其必然会加大对自主芯片的使用，这对高通的影响不言而喻，但前提是华为需要加强海思麒麟的量产能力。

2017年伊始，国产手机涨价之说不胫而走，一直以来过于依赖进口芯片的现状折射出我国大陆的“少芯”之痛，也更考验着厂商供应链管理能力。王雷认为，在器件芯片方面，一直是我国的薄弱点，希望厂商能进一步整合能力，如同国产手机的电池技术一样实现突破。

要改变尴尬的现状，国产手机亟待打破国外厂商的垄断，提高核心竞争力成为当务之急。国产手机技术能力的突破，供应链的把控，以及对全球资源的整合能力等，都需要厂商逐步积累。而国产手机在追赶三星和苹果的过程中，还有不少短板要补，要进一步抢占他们的市场份额，国内厂商还需要在“质价比”上多下功夫，从多个方面去提升产品的质价比。2017年，国产手机市场集中度将进一步提高，只有提升自身核心竞争力方能扩大竞争优势。

针对芯片这一领域，可以预测，未来国产手机厂商打造自主手机芯片或是大势所趋。与其受制于人，不如自给自足，一方面可以提升话语权，再同国际大厂签署专利授权协议，话语权必然不会同日而语。另一方面，也是完善自身产业链的机会与挑战，提升议价能力、提升盈利水平，充分摆脱对进口芯片的过分依赖，打出自身口碑，更可以间接提升品牌价值。

在性价比成为常态之下，国产手机厂商的整机配套制造能力必须更进一步，单一制造的结果必将是淘汰，手机品牌融合工厂式设计才能更好地生存下去。