水晶球APP 高手云集的股票社区
下载、打开
X

推荐关注更多

柴孝伟

买进就值,越来越值,时享价...


邢星

邢 星 党员,国...


石建军

笔名:石天方。中国第一代投...


揭幕者

名博


洪榕

原上海大智慧执行总裁


小黎飞刀

黎仕禹,名博


启明

私募基金经理,职业投资人


李大霄

前券商首席经济学家


桂浩明

申万证券研究所首席分析师


宋清辉

著名经济学家宋清辉官方账号...


banner

banner

性能、成本与功耗三者兼顾想多了!台积电先进制程面临的另类挑战

老范说评   / 2021-04-19 17:28 发布

摩尔定律失效还是放缓,各有各的说辞,但总的来说,集成电路发展到现在,集成电路中的元件数每隔18-24个月翻一番的难度越来越大,主要是物理尺寸上面临瓶颈。当然4月16日晶圆代工“一哥”台积电已经放出声音,要在2030年量产1nm以下工艺,也就是所谓的埃米工艺。


外界对台积电埃米工艺也充满质疑之声,因为就7nm和5nm的研发过程来看,整个研发过程不仅需要庞大的资金投入,在人力、物力方面也面临巨大的消耗,更何况从5nm工艺芯片的性能表现来看,因为降耗不理想,诸如苹果A14、猎户座1080等5nm的芯片翻车。

资料来源:不同制程晶圆厂投资金额及设计/流片成本,公开资料整理,阿尔法经济研究

这就引出了一个提高时钟频率与降低功耗的矛盾。原来随着制程的推进,器件的时钟频率以20%的幅度提升,但器件的功率密度也大幅度提高。早些年业界的研究证实,比如将功率密度保持在40W/cm-2的情况下,最高时钟频率无法进一步提高,甚至采用14nm制程后其时钟频率反而有所下降:

资料来源:公开资料整理,阿尔法经济研究

功率密度是功率器件额定输出功率与其体积或重量之比,氮化镓等第三代半导体材料的出现可以实现提高功率密度这一目的。第三代半导体在高温、高压、大电流等方面具有硅基半导体无可比拟的优势,但其并未遵循摩尔定律。

摩尔定律受制约的另一大因素是经济约束,这体现在两方面:设计端IC设计公司面临越来越高的设计费用,制造端晶圆厂也面临很高的制造成本。

在90nm时代,每百万门成本为0.0636美元,之后65nm、40nm和28nm也遵循摩尔定律,这一成本是下降的。但是从20nm开始,每百万门成本不但不再按照摩尔定律下降,反而有所上升:

资料来源:公开资料整理,阿尔法经济研究

这就形成了一个不可能三角:在更高速度、更低功耗和更低成本之间,如果以成本作为主要指标,则性能与功耗难以同步改善;若追求功耗和性能,则要面临高昂的成本。

这也是当下先进制程推进中面临的难题。

未来台积电推进埃米制程中,这些均为其要面对的难题,更何况在要达到这一目的之前,还需要更先进的设备和材料予以配合。