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性能杀手锏!台积电3nm工艺迭代,新一代手机芯片交战

Carol Li 来源:电子发烧友 作者:李弯弯 2024-07-09 00:19 次阅读

电子发烧友网报道(文/李弯弯)近日消息,联发科高通新一波5G手机旗舰芯片将于第四季推出,两大厂新芯片都以台积电3nm制程生产,近期进入投片阶段。

在台积电3nm制程加持之下,天玑9400的各面向性能应当会再提升,成为联发科抢占市场的利器。高通虽尚未公布新一代旗舰芯片骁龙8 Gen 4亮相时间与细节。外界认为,该款芯片也是以台积电3nm制程生产,并于第四季推出。

台积电3nm实现更高晶体管密度和更低功耗

台积电的3nm制程技术采用了先进的制造工艺,能够实现更高的晶体管密度和更低的功耗,从而显著提升芯片的性能和能效。

台积电的3nm制程技术是基于FinFET技术的最后一代。它采用了高达25个极紫外线(EUV)层,部分使用双重曝光技术,以提高逻辑和SRAM晶体管的密度。

相比前一代5nm工艺,3nm制程实现了约1.6倍的逻辑密度扩展、18%的速度提高和34%的功率降低。这些提升主要得益于FinFlex™技术的引入,该技术提供了不同鳍配置的标准单元,以实现更好的功率效率和性能优化。

FinFlex™技术允许设计者根据需求选择不同的鳍数和阈值电压(Vt)组合,以满足同一芯片上的宽范围速度和泄漏要求。这种灵活性使得设计者能够更精确地优化电路性能。

N3:这是台积电3nm制程的基础版本,已经投入生产。它提供了显著的性能和功耗改进,为多种芯片设计提供了强大的支持。

N3E:作为N3的增强版本,N3E采用19个EUV层,不依赖EUV双重曝光技术,从而减少了制造复杂度和成本。虽然其逻辑密度略低于N3,但具有更宽的工艺窗口和更好的良率。

N3P:这是N3E的光学缩小版,通过调整光学性能来降低功耗、增强性能和密度。据台积电称,N3P将在相同的漏电情况下提供5%的更高速度,或在相同的速度下降低5-10%的功率,以及1.04倍的芯片密度。预计N3P将成为TSMC最受欢迎的N3节点之一,并计划于2024年下半年推出。

N3X:专为CPUGPU等高性能计算芯片量身定制的制程。N3X将支持约1.2V的电压,并优先考虑性能和最大时钟频率。据透露,N3X将于2025年投入生产。

N3AE(Auto Early):一种专为汽车应用的先进芯片设计的节点。它提供基于N3E的汽车工艺设计套件(PDK),并计划于2023年推出初步版本,而完全符合汽车资格要求的版本则将于2025年发布。

由于3nm制程技术的先进性,市场需求极为旺盛。多家科技巨头如苹果、高通、联发科、英伟达等已向台积电下单订购3nm制程的芯片,用于智能手机、数据中心AI加速器等高端应用。

为了满足市场需求,台积电不断扩增其3nm制程的产能。据报道,台积电的3nm制程产能今年将扩增三倍,但仍供不应求。

采用台积电3nm制程的芯片,性能大幅提升

具体都有哪些芯片采用台积电3nm制程呢?苹果的M4和预计中的A17据称是采用台积电3nm制程。M4芯片发布于2024年5月7日,将搭载在苹果新一代iPad Pro上。M4芯片的晶体管数量达到了280亿个,使用台积电第二代3nm工艺制程,具有10个内核,包括4个性能内核和6个效率内核,两者都带有新版机器学习加速器。

M4配备一个全新的10核GPU,采用动态缓存功能和硬件加速的光线追踪技术和网格着色功能,提升图形处理性能。还集成了新的神经引擎,具备38 TOPS的运算能力,专注于加速与AI有关的工作负载。苹果声称M4的CPU性能相较于M2芯片提升了高达1.5倍,并且具有卓越的每瓦性能。

苹果计划在2024年下半年推出的iPhone 15系列中,顶配版将搭载A17仿生芯片。A17仿生芯片预计采用台积电最先进的3nm制程技术。相较于前代A16 Bionic芯片,A17在晶体管数量、性能、功耗等方面将有所提升。

A17仿生芯片在CPU性能上将有显著提升。据推测,其单核性能和多核性能都将比前代A16芯片有大幅度提高。这种提升将使得iPhone 15系列在处理复杂任务和应用程序时更加流畅和快速。A17芯片在GPU方面也有所升级,预计将采用全新的架构设计,并引入更多GPU核心,以提升3D图形渲染和游戏性能。这使得用户在玩游戏、观看高清视频或进行其他图形密集型任务时能够获得更好的体验。

A17芯片内置了强大的神经网络处理器(如神经引擎),以支持机器学习和人工智能应用。这种计算能力使得A17芯片在语音识别、图像处理、自动驾驶、医疗诊断等多个领域都有广泛的应用前景。A17仿生芯片将首先应用于苹果即将推出的iPhone 15系列中。除了智能手机外,A17芯片还有可能应用于苹果的其他产品中,如iPad、Mac等。

高通骁龙8 Gen4预计采用台积电的第二代3nm工艺N3E,这是N3B的改进版,相较于N3B,它在功耗表现上更优,同时拥有更高的良品率和更低的生产成本。由于采用了3nm制程技术,骁龙8 Gen4相比前代在性能上将有显著提升。更高的晶体管密度和更低的功耗将使得芯片在运行速度和续航时长上表现更佳。

骁龙8 Gen4将采用自研的Nuvia架构,不再依赖Arm的公版架构。骁龙8 Gen4预计将采用两颗性能核心+六颗能效核心组成的八核心方案,CPU设计采用了2 Phoenix L+6 Phoenix M架构。骁龙8 Gen4作为高通旗下的旗舰级芯片,预计将成为2024年下半年高端机型的首选芯片,受到众多手机厂商的追捧。

联发科天玑9400采用了台积电的第二代3nm工艺(N3E),这是联发科旗下第一款3nm手机芯片。N3E是N3B的增强版,预计比N3B应用更广泛,且良率更高,成本更低。这一先进的制程技术将为天玑9400带来更高的性能、更低的功耗和更小的体积。

由于采用了3nm制程技术和先进的架构,天玑9400在性能上将有大幅度提升,能够满足高端智能手机和其他移动设备的性能需求。天玑9400作为联发科2024年的旗舰级芯片,将面向高端智能手机市场,与高通骁龙等竞品展开激烈竞争。

英伟达B100也是采用台积电3nm制程技术。B100芯片在性能上实现了巨大的飞跃,其效能是前代H100芯片的四倍以上,这一提升主要得益于其先进的制程工艺和优化的架构设计。B100芯片的内存容量也比H200高了近40%,这使得它在处理大规模数据和复杂任务时更加游刃有余。

随着B100芯片性能的大幅提升,其功耗也显著增加,最大设计功耗达到了1000W。传统的风冷散热方案已经无法满足其散热需求。英伟达为B100芯片采用了“水冷”技术,这是转向“液冷”技术的重要里程碑。水冷技术具有低功耗、高散热、低噪声等优势,能够有效解决B100芯片的散热问题。B100芯片作为英伟达的新一代AI芯片,将广泛应用于人工智能、深度学习、大数据分析等领域。

写在最后

台积电的3nm制程技术是当前半导体行业中最具竞争力的工艺之一,它不仅提升了芯片的性能和功耗表现,还为多样化的市场需求提供了丰富的选择。在台积电3nm制程技术的加持下,苹果、高通、联发科、英伟达等芯片的性能也实现较大飞跃。未来,随着技术的持续升级和产能的不断扩增,台积电有望在3nm制程领域取得更大的成功。



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