每平方毫米近3亿个晶体管！台积电3nm工艺挑战摩尔定律

原标题：每平方毫米近3亿个晶体管！台积电3nm工艺挑战摩尔定律 来源：智东西

编 | 韦世玮

智东西4月21日消息，据外媒phoneArena报道，台积电的3nm芯片将实现每平方毫米近3亿个晶体管的晶体管密度，提升了1.7倍。同时，其性能将提升5%，能耗降低15%，预计将于2021年下半年开始生产，2022年下半年实现量产。

长期以来，台积电和三星一直都在竞相完善3nm芯片的生产设施，但由于今年新型冠状肺炎病毒的爆发，双方的完善进度亦受到了影响。据悉，三星3nm芯片的量产计划也将从2021年推迟到2022年。

一、台积电5nm芯片每平方毫米晶体管数量达1.713亿

作为全球最大的独立代工企业，台积电的客户覆盖了苹果、高通和华为等众多重要芯片及移动终端厂商。但无论为哪家客户提供芯片代工服务，工艺中都有一个不变的原则——芯片晶体管越多，其功率和能效就越高。

简单地说，芯片代工厂所使用的工艺节点与特定面积内（如平方毫米）的晶体管数量有关。

例如，当前使用7nm工艺生产的芯片，包括苹果A13、高通骁龙865和华为麒麟990，它们的晶体管密度约为每平方毫米1亿个晶体管。其中，苹果公司可在每颗A13芯片中填充85亿个晶体管。

而台积电的5nm芯片晶体管密度为每平方毫米1.713亿个晶体管，这将使苹果的5nm芯片A14 Bionic能够拥有150亿个晶体管，性能提升10%-15%，能耗降低25%-30%。

实际上，晶体管对芯片性能的影响与摩尔定律有关。这是英特尔创始人之一戈登•摩尔在上世纪60年代提出的理论，他认为集成电路上可容纳的晶体管数量，每隔18至24个月就会增加一倍，性能也将提升一倍。

近年来，随着制程工艺技术逐渐接近物理天花板，也出现了“摩尔定律已死”的观点。但目前看来，这一定律仍在极其缓慢地发展中。

二、三星GAA工艺或领先台积电一年

在3nm制程领域，台积电和三星的3nm工艺分别采取了不同的方法。

台积电使用的是FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效晶体管）工艺，该工艺有助于控制电路中电流和电压的流动。

三星则使用了GAA MCFET（多桥通道 FET）工艺，能够让晶体管更小、性能更强，同时该工艺生产的3nm芯片与7nm相比，性能将提升35%，功耗降低50%。

有业内咨询师认为，三星在GAA工艺方面可能将领先台积电一年，而英特尔可能比三星落后两到三年。

“GAA将标志着我们代工业务的一个新时代。”三星负责代工市场营销的副总裁Ryan Lee谈到。

目前看来，在3nm制程之前，今年晚些时候将会有基于5nm制程芯片的设备发布。

在一切按计划进行的前提下，今年的苹果iPhone 12系列将是第一批使用5nm芯片的智能手机，该设备将于9月至11月期间发布。而首款搭载5nm芯片的安卓手机将是华为Mate 40系列。