從晶片量產流程看iPhone 6S晶片門事件

2020-09-06

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蘋果的A9晶片門事件延燒至今，似乎並沒有要落幕的意思，網路上諸多科技網站的相關評測也不斷冒出來，甚至更燒出了台灣與韓國之間的國讎家恨。

但這次事件本身，或許可以從晶片量產流程來思考一番。

在正式討論之前，我們先將A9處理器定義為系統單晶片，它內建了CPU(處理器核心)、GPU(繪圖處理器核心)、2GB的LPDDR4，以及協同處理器M9。

基於這樣的定義下，搭載台積電與三星的先進位程的，其實只有CPU與GPU而已，從目前網路所公開的資訊來看，A9處理器所採用的封裝技術，應該是POP(Package on Package)，這也是過去蘋果處理器所貫用的技術，就A9處理器的生產流程來看，台積電與三星各自採用16與14nm FinFET製程，量產出CPU與GPU的整合裸晶後，再與LPDDR4整合在同一封裝中，之後再用一次封裝技術與M9協同處理器，整合在第二次的封裝內。

所以，如果台積電版本的A9處理器真如外界所說一樣的優異，那麼由海力士所提供的LPDDR4，或許也要沾上一點功勞才是，整顆處理器要運作，記憶體也是要用到電的。

畢竟，截至目前為止，所有網路上所提供的A9處理器的測試數據，全包含了LPDDR4與M9協同處理器在內。

那麼，14與16nm FinFET在製程上的差異，究竟有多大?這個答案恐怕只有蘋果的處理器設計團隊才會清楚。

如果對晶片的設計流程有概略了解的業界人士就會知道，事實上，將處理器導入先進位程的設計至量產的周期，約莫為一年半至兩年的時間，就EDA、IP供應商、晶片設計乃至於晶圓代工業者，必須共同合作，才能將一顆系統單晶片導入量產流程，其中最在意的，莫過於PPA(性能、功耗與面積)的整體最佳化的表現。

因為不論是晶圓代工或是EDA業者，都有能力讓蘋果知道，在A9處理器在Type Out之前，其裸晶的操作時脈、電壓與電流之間的動態關係變化為何，就蘋果的立場，為了能讓整支智慧型手機的運作更能順暢無虞，就一定會調整到最佳化的狀態，才會投入量產。

在12寸晶圓尚未切割之前，至少可以確定的是，14nm FinFET所可以切割出來的數量絕對高於16nm FinFET，但在良率或是功耗方面的表現如何，在沒有任何公開資訊發布之前，我們也只能推測，因為電晶體密度相對較高，泄漏電流不易控制的情況下，三星在功耗上的確有可能略遜於台積電一籌。

至於在良率方面，倘若三星與台積電不相上下，那麼就晶圓切割的經濟效益而言，三星在這方面就能小贏台積電，更遑論在單一裸晶上的尺寸也贏過台積電。

然而，封裝是否也會影響處理器的表現呢?據筆者私下訪問一線EDA業者得知，理論上，封裝並不會影響整顆處理器的表現。

但EDA業者也談到，即便是採用相同製程的單一裸晶，裸晶與裸晶之間，多少還是會有Variatio(變異)存在，更別說記憶體本身也會有相同的情形，在加以整合後，說沒有影響整顆處理器的表現，是不可能的。

所以，這或許可以呼應到蘋果的公開聲明中，所提到的2-3%的差距，雖然，蘋果僅指出這是續航力上的差別而已，卻沒有指出哪種製程勝出，畢竟這與PPA有直接的關係，或許蘋果本身也不願意破壞與兩大晶圓代工業者的關係，故採取了這樣的處理方式。

總結來看，光是裸晶本身就有可能產生差距的情況下，採用了不同來源的LPDDR4、快閃記憶體同樣也有不同的供應商所供應，一直到整合為智慧型手機後，但在每一個環結所累積的誤差不斷增加之下，即便在評測上如何將影響因素減到最少，，所產生出來的結果，或許有其參考價值，但真正能參考的比重又有多少，也許這是需要思考的課題之一。

換個角度來看，在面對眾多不同供應商的情況下，蘋果若還能將整體系統表現控制在理想範圍內，這應該也是蘋果值得可以被稱讚的地方之一。

更別說，對手機業者而言，備有Second Source，甚至是有供應商砍價來取得訂單的作法，倘若真是這樣，那麼，出現三星與台積電兩家供應商，似乎也不足為奇。

至於台積電與三星的技術製程誰能勝出，若從PPA的角度來看，恐怕也只有蘋果心裡清楚了。

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2020-09-05

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