解析英特爾、台積電、三星14/16納米製程差在哪？

近日台積電、三星的技術節點數字恐怕做過美化的問題引起不小的關注，這樣的問題其實在先前即為半導體業界所持續論戰，並在蘋果A9晶片門事件，iPhone 6s A9處理器分由台積電、三星代工時討論來到最高峰，以實際情況而言，台積電、三星製程技術真的跟英特爾差很大?

半導體三雄納米製程到底在爭什麼?

台積電、三星與英特爾的先進位程競賽打得火熱，在目前14/16 納米之後，製程戰一路來到了10 納米。

這些數字背後的意義其實指的是「線寬」，精確一點而言，就是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的閘極長度(Gate Length)。

場效電晶體用閘極來控制電流的通過與否，以代表0 或1 的數位訊號，也是整個結構中最細微、複雜的關鍵，當閘極可以縮小，電晶體體積也能跟著縮小，一來切換速度得以提升，每個晶片能塞入更多電晶體或縮小晶片體積;再者，當閘極長度愈小，閘極下方電子通道愈窄，之間的轉換效率提升、能量的耗損也能降低，收減少耗電量之效，但當閘極太薄，源極與汲極距離愈靠近，電子也可能不小心偷溜過去產生漏電流，加以也有推動力不足的問題，這也是為何製程微縮難度愈來愈高;台積、英特爾與三星群雄間爭的你死我活的原因。

（Source：Hightech科技台灣）

三者14/16製程節點數字都灌水？

包含半導體晶片和系統還原工程與分析廠商ChipWorks、Techinsights與半導體分析廠商Linley Group都對台積電、三星、英特爾16/14納米做過比較。

從Linley Group與Techinsights實際分析的結果，包含英特爾、台積電與三星在14/16納米實際線寬其實都沒達到其所稱的製程數字，根據兩者的數據，台積電16納米製程實際測量最小線寬是33納米，16納米FinFET Plus線寬則為30納米，三星第一代14納米是30納米，14納米FinFET是20納米，英特爾14納米製程在兩家機構測量結果分別為20納米跟24納米。

（Source：Linley Group）

（Source：Techinsights）

英特爾技術真的依然狠甩台積、三星？

調研The Linley Group創辦人暨首席分析師Linley Gwennap，在2016年3月接受半導體專業期刊EETimes採訪時，也透露了晶圓代工廠間製程的魔幻數字秘密，Gwennap指出，傳統表示製程節點的測量標準是看閘極長度，但在行銷的努力下，節點名稱不再與實際閘極長度相符合，不過，差距也不會太大，Gwennap即言，三星的14納米約略等於英特爾的20納米。

Gwennap認為，台積電與三星目前的製程節點仍落後於英特爾，以三星而言，14納米製程稱作17納米會較佳，而台積電16製程其實差不多是19納米。

但美國知名財經部落格The Motley Fool技術專欄作家Ashraf Eassa從電子顯微鏡圖來看，認為英特爾、三星甚至台積電在三者14/16納米製程差距或許不大。

Ashraf

Eassa對比英特爾14與22納米，以及三星14納米的電子顯微鏡圖，其指出，英特爾14納米側壁的斜率要比22納米垂直，根據官方的說法，這能使英特爾的散熱鰭片（fin）更高更瘦，以提升效能。

（Source：The Motley Fool）

而三星14納米製程電子顯微鏡圖相較起來，和英特爾14納米製程還比較相近，加以Ashraf Eassa用台積電宣稱16納米FinFET Plus能比三星最佳的14納米技術在相同功率下，效能能比三星提升10%來推測，台積電16納米FinFET

Plus的電晶體結構應與三星相差不遠，甚至鰭片（fin）會更加細長。

（Source：The Motley Fool）

然而，線寬並非衡量半導體製程的唯一條件，也並非半導體廠技術能力的唯一評定標準。

就像調研International Business Strategies（IBS）創辦人暨執行長Handel Jones所言，沒有一項單一的測量方式就能評定技術的效能、功耗以及電晶體密度。

Jones進一步指出，M1金屬層間距是重要的，但局部互連（local interconnect）也可能影響晶片閘的密度與效能，閘極間距對閘極密度重要，但散熱鰭片（fin）對性能影響同樣甚鉅。

另外，耗電量的不只是閘極長度而已，包括：材料種類、元件結構、製程品質等等都會有影響。

也因此，分析師們對英特爾、台積電、三星製程技術孰優孰劣仍是莫衷一是。

Gwennap認為，如同14納米製程，英特爾10納米製程同樣會優於台積電和三星；Jones覺得英特爾與台積電到了10納米製程效能應能旗鼓相當；VLSI Research執行長G.Dan

Hutcheson則語帶保留指出，台積電10納米將大幅超越英特爾14納米節點，但其也稱英特爾14納米節點目前維持了兩年，台積電已發展到10納米與7納米計劃，正以比其他廠商都還要快的速度在前進。

從幾位分析師的說法，可以看出英特爾在技術上仍有所領先，但領先的幅度已慢慢縮小，而對客戶而言，看的更不僅僅是技術領先與否，包含良率、耗電量等因素都在考量範圍之內，而非只有製程一項因素而已。

如果光從數字就可評斷，那在先前蘋果A9晶片門事件也不會因此而鬧得沸沸揚揚了，畢竟三星的製程數字是優於台積電。

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