5nm芯片

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“传说”中的5nm芯片

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台积电5nm即将量产，今年这部分订单已经被苹果和华为海思预定了。包括高通、联发科、博通、AMD、英伟达、赛灵思等大客户，均已展开5nm芯片设计，预计明、后两年开始陆续进入量产阶段。

不久前，台积电总裁魏哲家在法说会中指出，采用台积电5nm完成的芯片设计定案（tape-out）数量将比7nm量产初期的同时期还要高，5nm将成为台积电继7nm之后、另一个重大且具有长生命周期的制程节点。预估5nm今年营收占比将达到10％。

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两大客户分食2020年5nm产能

今年下半年，台积电5nm逐步进入规模量产阶段，主要是为苹果代工A14应用处理器，以及为华为海思代工麒麟1000系列5G手机处理器。

A14应用处理器
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& i( R: }9 u8 ]6 ]5 Y6 u2 A) O基于5nm的A14处理器，除了拥有更多的晶体管和更高的峰值时钟速率外，苹果还在架构上进行了改进，预计其单核性能会提升不少。

, g  w4 m- A: B& v" c3 h3 t4 o: ^) m相较于单核性能，A14的多核性能存在更多变数。首先是因为制程工艺的升级，晶体管密度能够大幅提升，苹果或许会增加第三个大核，或者大幅改进小核心的性能，来提升多线程性能。根据A11、A12、A13整理的函数方程，A14的多核性能GB5的跑分为4500左右。但是MacWorld表示结合时钟速率以及架构变化，实际多核性能有望达到5000分。

4 }1 ], F. V6 ^6 ~% m图形性能上，A13处理器相较于A12有跳跃式提升，在3DMark Sling Shot Extreme Unlimited测试中，从A12的4000分左右直接跳到了6500分左右。而对于A14处理器的图形性能，根据趋势曲线估计会在7000分左右。但是，MacWorld表示除非出现了新的性能瓶颈，否则A14图形性能将可能超过9500分。
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MacWorld认为，得益于升级的5nm制程工艺，苹果将会增加Neural Engine内核，并且可能进行架构升级，以带来更好的神经引擎性能升级。

A14X处理器

今年3月，数码爆料人Jon Prosser在推特发文表示，5G版iPad Pro有望年底发布，将搭载A14X处理器。
据悉，A14X处理器将基于台积电5nm打造，晶体管规模可能高达150亿个。

麒麟1000

% K( D+ B+ r7 h2 d7 w据悉，今年华为Mate 40将搭载麒麟1000芯片，该芯片基于台积电5nm制程，考虑到7nm FinFET Plus EUV 麒麟990 5G集成了高达103亿个晶体管，如果麒麟1000使用5nm工艺，那么其每平方毫米可能有多达1.713亿个晶体管。

麒麟1000可能会采用Cortex A77架构，性能表现上将比麒麟990系列至少快30%，同时也更加省电。

还有一种说法是：华为海思今年会推出基于5nm制程工艺的麒麟1020，预计第三季度上市。麒麟1020将采用ARM Cortex-A78架构，麒麟1020每平方毫米也可容纳1.713亿个晶体管，其性能较麒麟990提升50%。麒麟1020处理器将由华为Mate 40/Pro系列手机首发。
网络处理器

+ A3 r5 n: z) E! T7 k由于中国大陆正在大规模进行5G基础设施建设，这给华为带来了巨大商机，海思自研的基站芯片有了更大的发挥空间。据悉，海思最新的网络处理器芯片也将采用台积电的5nm制程，并于今年下半年量产出货。
/ i$ D; K! r  W9 [  B+ u. U6 I今年只有苹果和华为两大客户，但2021和2022年，随着台积电5nm工艺的成熟，产能的增加，后面排队的另外几个大客户也将进场。例如，高通新款5G手机芯片骁龙875及X60基带芯片，英伟达新一代Hopper架构GPU芯片，AMD的Zen 4架构CPU，以及RDNA 3架构的GPU等，也将采用台积电5nm生产。此外，业界盛传英特尔也会成为台积电5nm客户。
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: |, x4 y) p' z4 t* u7 l骁龙875和X60芯片

* x. D8 n! P3 q) T0 t* N9 b3 _按照惯例，高通将会在今年12月发布旗下最新的旗舰手机处理器骁龙875。作为高通主要面向明年安卓旗舰机型推出的处理器产品，骁龙875将会基于台积电5nm制程工艺。不久前，91Mobiles已经率先曝光了这款处理器的详细信息。

5 w6 ^6 d: f+ C曝光的信息显示，骁龙875将会和骁龙X60 5G基带芯片，以及新的射频系统搭配，关于X60，有消息称将会由台积电和三星5nm工艺打造。骁龙875处理器在高通内部的开发代号为SM8350。
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8 ~3 l1 L1 |) B& o爆料指出，骁龙875处理器将会拥有基于ARM v8 Cortex架构的Kryo 685 CPU，但目前还不能确定骁龙875采用公版架构还是会进行修改；支持毫米波以及sub-6GHz 5G网络；拥有Adreno 660 GPU、Adreno 665 VPU（视频处理单元）、Adreno 1095 DPU（分散处理单元）、高通安全处理单元（SPU250）、Spectra 580图像处理引擎、骁龙传感器核心技术、升级的Hexagon DSP、四通道LPDDR5、WCD9380和WCD9385音频编解码器。
! K4 ?7 Z9 }9 w/ R* h$ @6 _爆料人称，骁龙875将是该公司首款采用X60 5G基带的芯片组，但目前尚不清楚它是集成还是外挂式的。

Zen 4架构CPU
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* l2 g. v$ u- H. j4 ~1 zAMD的Zen 4架构CPU有望在2021年推出，将采用台积电的5nm工艺制造。这将是业界首个5nm制程的x86处理器。

AMD的Zen 3处理器将于2020年底或2021年初发布，而Zen 4架构的EPYC霄龙处理器的发布时间将会在2021年或者2022年初。
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6 P8 I) g3 B" y5 d  pZen 4对AMD来说至关重要，因为代号为“热那亚”的数据中心处理器将会采用全新的SP5接口，新的接口将显著改变处理器的I/O，并支持新的DDR5内存标准和PCIe 5.0标准。
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$ d) i& T( s6 o5 p. ?5 uRDNA 3架构GPU
$ I4 O) [/ O) K/ l今年3月，AMD公布了GPU发展路线图，不仅包含了去年夏天发布的Radeon RX 5700 XT RDNA，还阐述了RDNA 2和RDNA 3。

* p. T+ N7 k" }- |5 y( K其中，RDNA 3在功能方面能够得到的消息还比较少，但从整体目标来看，AMD仍然希望能够持续提高每瓦功率性能，功耗仍然是GPU总体性能的瓶颈，而更先进的制程工艺有助于提升功率效率。鉴于即将发布的RDNA 2可能不再局限于台积电的EUV 7nm+工艺，那么RDNA 3可能会更激进的考虑采用台积电6nm或者5nm。

网络处理器

: H! Q% f, N- t0 A% A& W  o今年3月，博通宣布与台积电在CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）方面深入合作，用于制造其最先进的网络处理器。
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据悉，台积电和博通将支援业界首创且最大的两倍光罩尺寸(2X reticle size)之中介层，面积约 1,700 平方毫米。该CoWoS 中介层由两张全幅光罩拼接构成，能够大幅提升运算能力，借由更多的系统单芯片来支援先进的高效能运算系统，以发挥台积电5nm制程工艺的优势。
Hopper架构GPU
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有消息称，英伟达下一代Hopper GPU已经预订了台积电的5nm制程。目前，AMD正积极地采用7nm制程的做法使英伟达感受到了压力，作为应对方案，他们已经为Hopper GPU预订了台积电2021年的5nm产能。

& u+ Q" u6 n, \其它

另外，2021年苹果的A15应用处理器，华为海思将于明年推出的麒麟1100，及其最新的服务器AI和Arm芯片，也会采用台积电的5nm制程工艺。当然，2021年用的是升级版本的5nm制程，且产能也会大增。

再有，2021年，联发科很可能会推出天玑2000系列5G芯片，将采用台积电的5nm制程。而英特尔近些年一直与台积电有合作，一些非核心CPU芯片，如AI处理器等，则交由台积电代工生产，明年，随着台积电5nm产能上量，到时英特尔自研的Xe架构GPU也有望落地，这部分芯片交由台积电代工的概率也很大。
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三星阵营
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, w6 n( N2 f* y. v- X' ~除了台积电，三星是另一家有能力量产5nm的厂商。最近，该公司宣布其5nm开始量产，并抢下了高通和英伟达的订单。不过，业界普遍认为，三星晶圆代工的5nm产能及良率在下半年仍然难以追上台积电，台积电有信心成为今年唯一能提供5nm量产的晶圆代工厂。
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  u( P' l5 l8 k3 ^Exynos 1000
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7 _2 I. d0 m1 T9 h6 x+ P近期，三星新款处理器Exynos 1000曝光了。与三星其他处理器不同，这款产品采用了RDNA GPU技术，RDNA GPU技术是去年6月AMD授权给三星的，用以取代现有的Maili GPU。
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据悉，Exynos 1000将会在今年底或明年初发布，采用5nm制程工艺。

Whitechapel

$ l1 a; ~; y! a" n! w9 G7 V今年4月，谷歌正式宣布和三星打造自研芯片，据外媒Axios报道，谷歌自研的SoC已经流片，将有望在Pixel系列手机上使用。这颗芯片代号叫“Whitechapel”，搭载的是8核CPU，采用三星5nm制程工艺。

另外，高通的5G芯片订单，特别是基带芯片X60，除了由台积电代工之外，还有一部分交由了三星生产。

结语

今年是5nm制程量产元年，明年将会实现更大规模的量产。到了2022年，除了以上提到的，还将会有更多的先进芯片涌现，由于产能相对稀缺，到时候，台积电和三星的争夺战肯定更加有看头。
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IC老和尚

期待