「傳說」中的5nm晶片
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台積電5nm即將量產,今年這部分訂單已經被蘋果和華為海思預定了。
包括高通、聯發科、博通、AMD、英偉達、賽靈思等大客戶,均已展開5nm晶片設計,預計明、後兩年開始陸續進入量產階段。
不久前,台積電總裁魏哲家在法說會中指出,採用台積電5nm完成的晶片設計定案(tape-out)數量將比7nm量產初期的同時期還要高,5nm將成為台積電繼7nm之後、另一個重大且具有長生命周期的製程節點。
預估5nm今年營收占比將達到10%。
兩大客戶分食2020年5nm產能
今年下半年,台積電5nm逐步進入規模量產階段,主要是為蘋果代工A14應用處理器,以及為華為海思代工麒麟1000系列5G手機處理器。
A14應用處理器
基於5nm的A14處理器,除了擁有更多的電晶體和更高的峰值時鐘速率外,蘋果還在架構上進行了改進,預計其單核性能會提升不少。
相較於單核性能,A14的多核性能存在更多變數。
首先是因為製程工藝的升級,電晶體密度能夠大幅提升,蘋果或許會增加第三個大核,或者大幅改進小核心的性能,來提升多線程性能。
根據A11、A12、A13整理的函數方程,A14的多核性能GB5的跑分為4500左右。
但是MacWorld表示結合時鐘速率以及架構變化,實際多核性能有望達到5000分。
圖形性能上,A13處理器相較於A12有跳躍式提升,在3DMark Sling Shot Extreme Unlimited測試中,從A12的4000分左右直接跳到了6500分左右。
而對於A14處理器的圖形性能,根據趨勢曲線估計會在7000分左右。
但是,MacWorld表示除非出現了新的性能瓶頸,否則A14圖形性能將可能超過9500分。
MacWorld認為,得益於升級的5nm製程工藝,蘋果將會增加Neural Engine內核,並且可能進行架構升級,以帶來更好的神經引擎性能升級。
A14X處理器
今年3月,數碼爆料人Jon Prosser在推特發文表示,5G版iPad Pro有望年底發布,將搭載A14X處理器。
據悉,A14X處理器將基於台積電5nm打造,電晶體規模可能高達150億個。
麒麟1000
據悉,今年華為Mate 40將搭載麒麟1000晶片,該晶片基於台積電5nm製程,考慮到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高達103億個電晶體,如果麒麟1000使用5nm工藝,那麼其每平方毫米可能有多達1.713億個電晶體。
麒麟1000可能會採用Cortex A77架構,性能表現上將比麒麟990系列至少快30%,同時也更加省電。
還有一種說法是:華為海思今年會推出基於5nm製程工藝的麒麟1020,預計第三季度上市。
麒麟1020將採用ARM Cortex-A78架構,麒麟1020每平方毫米也可容納1.713億個電晶體,其性能較麒麟990提升50%。
麒麟1020處理器將由華為Mate 40/Pro系列手機首發。
網絡處理器
由於中國大陸正在大規模進行5G基礎設施建設,這給華為帶來了巨大商機,海思自研的基站晶片有了更大的發揮空間。
據悉,海思最新的網絡處理器晶片也將採用台積電的5nm製程,並於今年下半年量產出貨。
傳說中的5nm晶片
今年只有蘋果和華為兩大客戶,但2021和2022年,隨著台積電5nm工藝的成熟,產能的增加,後面排隊的另外幾個大客戶也將進場。
例如,高通新款5G手機晶片驍龍875及X60基帶晶片,英偉達新一代Hopper架構GPU晶片,AMD的Zen 4架構CPU,以及RDNA 3架構的GPU等,也將採用台積電5nm生產。
此外,業界盛傳英特爾也會成為台積電5nm客戶。
驍龍875和X60晶片
按照慣例,高通將會在今年12月發布旗下最新的旗艦手機處理器驍龍875。
作為高通主要面向明年安卓旗艦機型推出的處理器產品,驍龍875將會基於台積電5nm製程工藝。
不久前,91Mobiles已經率先曝光了這款處理器的詳細信息。
曝光的信息顯示,驍龍875將會和驍龍X60 5G基帶晶片,以及新的射頻系統搭配,關於X60,有消息稱將會由台積電和三星5nm工藝打造。
驍龍875處理器在高通內部的開發代號為SM8350。
爆料指出,驍龍875處理器將會擁有基於ARM v8 Cortex架構的Kryo 685 CPU,但目前還不能確定驍龍875採用公版架構還是會進行修改;支持毫米波以及sub-6GHz 5G網絡;擁有Adreno 660 GPU、Adreno 665 VPU(視頻處理單元)、Adreno 1095 DPU(分散處理單元)、高通安全處理單元(SPU250)、Spectra
580圖像處理引擎、驍龍傳感器核心技術、升級的Hexagon DSP、四通道LPDDR5、WCD9380和WCD9385音頻編解碼器。
爆料人稱,驍龍875將是該公司首款採用X60 5G基帶的晶片組,但目前尚不清楚它是集成還是外掛式的。
Zen 4架構CPU
AMD的Zen 4架構CPU有望在2021年推出,將採用台積電的5nm工藝製造。
這將是業界首個5nm製程的x86處理器。
AMD的Zen 3處理器將於2020年底或2021年初發布,而Zen 4架構的EPYC霄龍處理器的發布時間將會在2021年或者2022年初。
Zen 4對AMD來說至關重要,因為代號為「熱那亞」的數據中心處理器將會採用全新的SP5接口,新的接口將顯著改變處理器的I/O,並支持新的DDR5內存標準和PCIe 5.0標準。
RDNA 3架構GPU
今年3月,AMD公布了GPU發展路線圖,不僅包含了去年夏天發布的Radeon RX 5700 XT RDNA,還闡述了RDNA 2和RDNA 3。
其中,RDNA 3在功能方面能夠得到的消息還比較少,但從整體目標來看,AMD仍然希望能夠持續提高每瓦功率性能,功耗仍然是GPU總體性能的瓶頸,而更先進的製程工藝有助於提升功率效率。
鑒於即將發布的RDNA 2可能不再局限於台積電的EUV 7nm+工藝,那麼RDNA 3可能會更激進的考慮採用台積電6nm或者5nm。
網絡處理器
今年3月,博通宣布與台積電在CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)方面深入合作,用於製造其最先進的網絡處理器。
據悉,台積電和博通將支援業界首創且最大的兩倍光罩尺寸(2X reticle size)之中介層,面積約 1,700 平方毫米。
該CoWoS 中介層由兩張全幅光罩拼接構成,能夠大幅提升運算能力,藉由更多的系統單晶片來支援先進的高效能運算系統,以發揮台積電5nm製程工藝的優勢。
Hopper架構GPU
有消息稱,英偉達下一代Hopper GPU已經預訂了台積電的5nm製程。
目前,AMD正積極地採用7nm製程的做法使英偉達感受到了壓力,作為應對方案,他們已經為Hopper GPU預訂了台積電2021年的5nm產能。
其它
另外,2021年蘋果的A15應用處理器,華為海思將於明年推出的麒麟1100,及其最新的伺服器AI和Arm晶片,也會採用台積電的5nm製程工藝。
當然,2021年用的是升級版本的5nm製程,且產能也會大增。
再有,2021年,聯發科很可能會推出天璣2000系列5G晶片,將採用台積電的5nm製程。
而英特爾近些年一直與台積電有合作,一些非核心CPU晶片,如AI處理器等,則交由台積電代工生產,明年,隨著台積電5nm產能上量,到時英特爾自研的Xe架構GPU也有望落地,這部分晶片交由台積電代工的機率也很大。
三星陣營
除了台積電,三星是另一家有能力量產5nm的廠商。
最近,該公司宣布其5nm開始量產,並搶下了高通和英偉達的訂單。
不過,業界普遍認為,三星晶圓代工的5nm產能及良率在下半年仍然難以追上台積電,台積電有信心成為今年唯一能提供5nm量產的晶圓代工廠。
Exynos 1000
近期,三星新款處理器Exynos 1000曝光了。
與三星其他處理器不同,這款產品採用了RDNA GPU技術,RDNA GPU技術是去年6月AMD授權給三星的,用以取代現有的Maili GPU。
據悉,Exynos 1000將會在今年底或明年初發布,採用5nm製程工藝。
Whitechapel
今年4月,谷歌正式宣布和三星打造自研晶片,據外媒Axios報導,谷歌自研的SoC已經流片,將有望在Pixel系列手機上使用。
這顆晶片代號叫「Whitechapel」,搭載的是8核CPU,採用三星5nm製程工藝。
另外,高通的5G晶片訂單,特別是基帶晶片X60,除了由台積電代工之外,還有一部分交由了三星生產。
結語
今年是5nm製程量產元年,明年將會實現更大規模的量產。
到了2022年,除了以上提到的,還將會有更多的先進晶片湧現,由於產能相對稀缺,到時候,台積電和三星的爭奪戰肯定更加有看頭。
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