Mr. Macho
Writer
Trong khi chúng ta vẫn còn chưa khai thác hết lợi ích của quy trình 7nm thì những gã khổng lồ về chip như TSMC đã phát triển quy trình 2nm. TSMC, Samsung và Intel đều sẽ cạnh tranh 2nm vào năm 2025.
Theo TrendForce, TSMC đang tích cực thúc đẩy nút tiến trình 2nm và chiếc máy đầu tiên dự kiến sẽ được đưa vào nhà máy vào tháng 4 năm 2024. Cả TSMC và Samsung đều có kế hoạch bắt đầu sản xuất hàng loạt chip tiến trình 2nm vào năm 2025 và cuộc chiến giữa hai bên đã bắt đầu.
Hiện tại, TSMC đã trình diễn kết quả thử nghiệm nguyên mẫu quy trình 2nm cho các khách hàng lớn như Apple và Nvidia; Samsung cũng đã tung ra nguyên mẫu 2nm và sẽ đưa ra mức giá thấp hơn nhằm thu hút các khách hàng nổi tiếng trong đó có Nvidia. Có thông tin cho rằng TSMC một lần nữa đã nhận được đơn đặt hàng từ Apple và dự kiến sẽ sử dụng trên iPhone 17 Pro sẽ ra mắt vào năm 2025.
Về nguyên tắc, chip tiến trình 2nm cũng khác với các chip trước đây, nó yêu cầu cấy 300 triệu bóng bán dẫn trên mỗi milimet vuông, tương đương với hàng tỷ bóng bán dẫn được cài trên con chip cực nhỏ.
Con số này gấp khoảng hai lần so với các chip 5nm phổ thông hiện nay. Sự cải tiến to lớn và mật độ đáng kinh ngạc như vậy đòi hỏi phải mở rộng công nghệ sản xuất chip từ mặt phẳng 2D lên mức ba chiều 3D, xếp chồng lên trên như các khối xây dựng để tăng thêm mật độ bóng bán dẫn.
Khó khăn thật phi thường.
Hiện tại, một số cư dân mạng đã bắt đầu đặt câu hỏi về quy trình 2nm do TSMC đưa ra: sự cải thiện hiệu suất của quy trình 3nm của TSMC và 3nm của Samsung là không rõ ràng và nó không giống như sự cải thiện từ 7nm lên 5nm. "5nm của Apple đã là máy sưởi, vậy 2nm này có bị bỏng không?"
Trước đó, truyền thông cũng đặt câu hỏi về điều này, cho rằng quá trình lặp lại tốc độ cao của chip có khả năng là một trò lừa đảo. Bởi vì sau năm 2016, do TSMC thúc đẩy, quy trình sản xuất chip đã được cường điệu hóa để có tốc độ lặp lại nhanh chóng, nhưng xét về trải nghiệm thực tế của người dùng, không có sự cải thiện đáng kể nào về trải nghiệm đối với các chip dưới 7nm.
Trên thực tế, điều làm dấy lên nghi ngờ hơn nữa trong ngành là iPhone 15 sử dụng chip A17, quy trình 3 nanomet. Theo sự hiểu biết của mọi người về 3nm, có sự khác biệt rất lớn giữa 3nm và 7nm về hiệu suất và mức tiêu thụ điện năng. Điện thoại di động lẽ ra phải hoạt động tốt hơn nhiều so với các điện thoại di động khác về độ mượt mà và mức tiêu thụ điện năng, nhưng điều này không đúng với trải nghiệm thực tế của người tiêu dùng.
Đầu tháng 10, Phone 15 Pro trở thành chủ đề nóng, làm dấy lên cuộc bàn luận rộng rãi của giới truyền thông, Apple sau đó đã chính thức thừa nhận cả 4 chiếc điện thoại iPhone 15 mới ra mắt đều nóng bất thường.
Theo đánh giá của IBM, công nghệ 2nm sẽ có hiệu suất cải thiện 45% so với công nghệ 7nm và mức tiêu thụ điện năng có thể giảm 75% với cùng hiệu suất. Dựa trên điều này, người ta suy đoán rằng TSMC 2nm sẽ nhận được những cải tiến tương tự.
Tuy nhiên, một số người dùng đã bắt đầu đặt câu hỏi về mức tăng hiệu suất này, một số người dùng cho rằng mức tăng hiệu suất không vượt quá 15%, chip Apple 15 là ví dụ điển hình nhất.
Tại sao quy trình sản xuất chip bắt đầu bị đặt câu hỏi nhiều lần, hướng phát triển trong tương lai của quy trình sản xuất chip là gì? Để làm rõ vấn đề này, chúng ta phải bắt đầu từ quá trình sản xuất.
Đằng sau sự nâng cấp của công nghệ sản xuất chip, 2nm có thể không còn là 2nm như chúng ta hiểu nữa.
Có một số lượng lớn bóng bán dẫn trên chip và quy trình sản xuất là chiều dài của kênh giữa nguồn và cống của bóng bán dẫn. Dòng điện bên trong bóng bán dẫn chạy từ điểm đầu (nguồn) đến điểm cuối (cống) qua một cổng. Chiều rộng của cổng này (chiều dài cổng) là đơn vị nanomet của chip. Nano ban đầu đề cập đến kích thước chiều dài cổng của bóng bán dẫn chip.
Khi công nghệ hoàn thiện, kích thước bóng bán dẫn giảm, dẫn đến hiệu suất được cải thiện, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và sinh nhiệt thấp hơn. Nói một cách đơn giản, bóng bán dẫn nhỏ hơn sẽ tốt hơn bóng bán dẫn lớn hơn và các cải tiến tạo nút quy trình là tương tự nhau giữa các nhà sản xuất.
Tuy nhiên, trong vài thập kỷ qua, với nhiều cải tiến độc quyền trong thiết kế mạch tích hợp (từ bóng bán dẫn phẳng đến các loại bóng bán dẫn 3D khác nhau) và quy trình sản xuất, việc đo lường mức tăng hiệu suất chỉ dựa trên kích thước bóng bán dẫn đã trở nên phức tạp hơn.
Dưới 28nm, do sử dụng các công nghệ mới như finfet nên những con số này không khớp với nút thực tế, chiều dài cổng và nửa bước. Do đó, 7nm và 5nm hiện tại không còn độ dài cổng ban đầu nữa. Do đó, không có mối quan hệ trực tiếp giữa chip tiến trình 3nm và kích thước bóng bán dẫn.
Điều này có nghĩa là chip của hai thế hệ nút quy trình (chẳng hạn như 5nm và 3nm) do cùng một nhà sản xuất sản xuất không nhất thiết phải tương ứng với tên nút quy trình. Nếu kích thước thực tế của quy trình 5nm của một công ty nào đó là 20nm thì sẽ không có vấn đề gì nếu công ty đó gắn nhãn quy trình kích thước 8nm là 2nm.
Bởi vì chúng không còn là cùng một bộ tiêu chuẩn, của bạn là 3nm, của anh ấy là 3nm, ngay cả khi sử dụng quy trình 16nm, nó có thể không thực sự đạt đến kích thước 16nm. Chúng ta đã khó có thể đánh giá mức độ thực sự của chúng chỉ dựa trên những con số quy trình hời hợt.
TSMC đang thúc đẩy 2nm, nếu hiểu các nguyên tắc của công nghệ 2nm từ góc độ truyền thống, chúng ta cần mở rộng công nghệ sản xuất chip từ mặt phẳng 2D sang cấp độ ba chiều 3D, tương tự như sự phát triển từ việc xây một ngôi nhà từ việc xây một căn hộ nhỏ. sàn đến xây dựng một tòa nhà cao tầng. Từ Chuyển động 2D sang xếp chồng 3D đòi hỏi phải xây dựng lại hệ thống sản xuất chip từ nhiều lĩnh vực khác nhau như thiết kế, vật liệu, sản xuất và đóng gói.
Khó khăn của việc này không hề nhỏ, yêu cầu nghiên cứu phát triển và cường độ rất lớn, một số người trong ngành đã đưa ra ví dụ: muốn xây một tòa nhà cao tầng thì trước tiên phải thiết kế bản vẽ, phải không? Vậy thì nền móng cần phải được đào sâu hơn phải không? Hệ thống dây điện và ống nước có phức tạp hơn không? Các vật liệu cũng cần được thay thế bằng những vật liệu tốt hơn? Ngay cả máy móc được sử dụng để xây dựng tòa nhà cũng khác.
Nhưng trên thực tế, người ngoài vẫn chưa biết liệu nhà sản xuất có thể đạt được mức độ tinh vi này hay đó là 3nm++ hay 2nm thực sự.
Trước đây, Philip Wong của TSMC đã tiết lộ trong bài phát biểu quan trọng của Hot Chips 31: "Nó từng là nút công nghệ, số nút, nghĩa là một số chức năng trên wafer". các mẫu xe - Giống như BMW 5 Series hay Mazda 6. Không quan trọng con số là gì, nó chỉ là đích đến của công nghệ tiếp theo, tên của nó.”
Theo lời của các giám đốc điều hành TSMC, chúng ta có thể biết rằng 2nm mà chúng ta hiểu có thể không giống với khái niệm 2nm mà họ đã tạo ra. Tên của nút và công nghệ thực tế không phải là những bản nâng cấp tương đương mà là số nút lặp lại.
Intel thậm chí còn từ bỏ những cái tên tương tự trước đó và đổi tên thành Intel 7, Intel 4, Intel 3 và Intel 20A. Intel 7 có thể coi là phiên bản +++ của 10nm gốc; Intel 4 tương ứng với 7nm, Intel 3 tương ứng với 7nm+; Intel 20A tương ứng với 5nm và 18A tương ứng với 5nm+.
Có thể thấy, tiêu chuẩn của mỗi hãng là khác nhau, ý nghĩa tiếp thị ngày càng mạnh mẽ hơn, đằng sau việc nâng cấp công nghệ sản xuất chip, 2nm có thể không còn là 2nm như chúng ta hiểu.
iPhone 15 series sử dụng chip 3nm nhưng điện năng tiêu thụ không hề giảm, vấn đề nóng máy vẫn còn nổi bật, từ góc độ trải nghiệm và danh tiếng sản phẩm, danh tiếng trải nghiệm của iPhone 15 chưa được 3nm chúc phúc, và cũng không phải vậy. rõ ràng ở cấp độ nhận thức. Người tiêu dùng quan tâm nhiều hơn đến sự đổi mới khác biệt của sản phẩm và trải nghiệm tổng thể về sản phẩm.
Theo đánh giá dòng Mate60 thì máy đạt hiệu năng, độ mượt mà và tiêu thụ điện năng rất tốt, điểm chạy cũng rất mạnh, có thể dễ dàng đương đầu với nhiều thử thách khác nhau như các game đa tác vụ, tải nặng.
Trên thực tế, việc tăng chi phí do nâng cấp quy trình ngày càng trở nên không kinh tế đối với cả nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Chúng tôi biết rằng việc sản xuất hàng loạt chip xử lý tiên tiến nhất là một dự án có hệ thống, đòi hỏi tiến độ và sự lặp lại chung của các nhà sản xuất thiết bị, vật liệu, IP và công nghệ khác ở thượng nguồn và hạ nguồn của chuỗi công nghiệp và rất tốn kém. Giá đúc 2nm đã lộ diện, gần 25 nghìn đô la Mỹ/mảnh (wafer), so sánh, 3nm-20.000 đô la Mỹ/mảnh, 4/5nm-16.000 đô la Mỹ/mảnh, 6/7nm-10.000 đô la Mỹ/mảnh.
Giá OEM chip tổng thể ngày càng cao hơn và chi phí OEM mà các nhà sản xuất phải chịu cũng ngày càng cao hơn, tuy nhiên, sự nâng cấp hiệu suất do quá trình sản xuất chip mang lại không lớn như tưởng tượng. Hiệu suất của điện thoại di động đang trong thời đại dư thừa và trải nghiệm tổng thể đã được nâng cấp, trải nghiệm vận hành không rõ ràng và người tiêu dùng đang dần ít quan tâm đến mức phí bảo hiểm cao của quy trình sản xuất chip.
Theo quan điểm hiện tại, liệu 3nm và 2nm ngày nay có phải là phương thức tiếp thị dùng để thuyết phục người tiêu dùng và nhà sản xuất trả tiền cho sản phẩm mới hay không, điều này có nghĩa là nếu nước này chinh phục được 7nm, khoảng cách với 3nm và 2nm có thể sẽ không lớn như tưởng tượng...
Theo quan điểm hiện tại, vấn đề tiếp theo của ngành điện thoại di động phải là hệ thống và hệ sinh thái, miễn là chip trong nước giải quyết được vấn đề tiêu thụ điện năng và năng suất, đồng thời hệ thống tiếp tục được nâng cấp lặp đi lặp lại, trải nghiệm trên điện thoại di động sẽ chỉ mượt mà hơn và hiệu suất chi phí toàn diện của điện thoại di động sẽ cao hơn. Do đó, công nghệ Quá trình sản xuất sẽ không còn là trở ngại lớn nhất ngăn cản điện thoại di động trong nước đuổi kịp Apple. Từ góc nhìn này, chúng ta vẫn còn cơ hội để vượt lên trong các góc cạnh.
Theo TrendForce, TSMC đang tích cực thúc đẩy nút tiến trình 2nm và chiếc máy đầu tiên dự kiến sẽ được đưa vào nhà máy vào tháng 4 năm 2024. Cả TSMC và Samsung đều có kế hoạch bắt đầu sản xuất hàng loạt chip tiến trình 2nm vào năm 2025 và cuộc chiến giữa hai bên đã bắt đầu.
Hiện tại, TSMC đã trình diễn kết quả thử nghiệm nguyên mẫu quy trình 2nm cho các khách hàng lớn như Apple và Nvidia; Samsung cũng đã tung ra nguyên mẫu 2nm và sẽ đưa ra mức giá thấp hơn nhằm thu hút các khách hàng nổi tiếng trong đó có Nvidia. Có thông tin cho rằng TSMC một lần nữa đã nhận được đơn đặt hàng từ Apple và dự kiến sẽ sử dụng trên iPhone 17 Pro sẽ ra mắt vào năm 2025.
Về nguyên tắc, chip tiến trình 2nm cũng khác với các chip trước đây, nó yêu cầu cấy 300 triệu bóng bán dẫn trên mỗi milimet vuông, tương đương với hàng tỷ bóng bán dẫn được cài trên con chip cực nhỏ.
Khó khăn thật phi thường.
Hiện tại, một số cư dân mạng đã bắt đầu đặt câu hỏi về quy trình 2nm do TSMC đưa ra: sự cải thiện hiệu suất của quy trình 3nm của TSMC và 3nm của Samsung là không rõ ràng và nó không giống như sự cải thiện từ 7nm lên 5nm. "5nm của Apple đã là máy sưởi, vậy 2nm này có bị bỏng không?"
Trước đó, truyền thông cũng đặt câu hỏi về điều này, cho rằng quá trình lặp lại tốc độ cao của chip có khả năng là một trò lừa đảo. Bởi vì sau năm 2016, do TSMC thúc đẩy, quy trình sản xuất chip đã được cường điệu hóa để có tốc độ lặp lại nhanh chóng, nhưng xét về trải nghiệm thực tế của người dùng, không có sự cải thiện đáng kể nào về trải nghiệm đối với các chip dưới 7nm.
Trên thực tế, điều làm dấy lên nghi ngờ hơn nữa trong ngành là iPhone 15 sử dụng chip A17, quy trình 3 nanomet. Theo sự hiểu biết của mọi người về 3nm, có sự khác biệt rất lớn giữa 3nm và 7nm về hiệu suất và mức tiêu thụ điện năng. Điện thoại di động lẽ ra phải hoạt động tốt hơn nhiều so với các điện thoại di động khác về độ mượt mà và mức tiêu thụ điện năng, nhưng điều này không đúng với trải nghiệm thực tế của người tiêu dùng.
Theo đánh giá của IBM, công nghệ 2nm sẽ có hiệu suất cải thiện 45% so với công nghệ 7nm và mức tiêu thụ điện năng có thể giảm 75% với cùng hiệu suất. Dựa trên điều này, người ta suy đoán rằng TSMC 2nm sẽ nhận được những cải tiến tương tự.
Tuy nhiên, một số người dùng đã bắt đầu đặt câu hỏi về mức tăng hiệu suất này, một số người dùng cho rằng mức tăng hiệu suất không vượt quá 15%, chip Apple 15 là ví dụ điển hình nhất.
Tại sao quy trình sản xuất chip bắt đầu bị đặt câu hỏi nhiều lần, hướng phát triển trong tương lai của quy trình sản xuất chip là gì? Để làm rõ vấn đề này, chúng ta phải bắt đầu từ quá trình sản xuất.
Đằng sau sự nâng cấp của công nghệ sản xuất chip, 2nm có thể không còn là 2nm như chúng ta hiểu nữa.
Có một số lượng lớn bóng bán dẫn trên chip và quy trình sản xuất là chiều dài của kênh giữa nguồn và cống của bóng bán dẫn. Dòng điện bên trong bóng bán dẫn chạy từ điểm đầu (nguồn) đến điểm cuối (cống) qua một cổng. Chiều rộng của cổng này (chiều dài cổng) là đơn vị nanomet của chip. Nano ban đầu đề cập đến kích thước chiều dài cổng của bóng bán dẫn chip.
Khi công nghệ hoàn thiện, kích thước bóng bán dẫn giảm, dẫn đến hiệu suất được cải thiện, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và sinh nhiệt thấp hơn. Nói một cách đơn giản, bóng bán dẫn nhỏ hơn sẽ tốt hơn bóng bán dẫn lớn hơn và các cải tiến tạo nút quy trình là tương tự nhau giữa các nhà sản xuất.
Dưới 28nm, do sử dụng các công nghệ mới như finfet nên những con số này không khớp với nút thực tế, chiều dài cổng và nửa bước. Do đó, 7nm và 5nm hiện tại không còn độ dài cổng ban đầu nữa. Do đó, không có mối quan hệ trực tiếp giữa chip tiến trình 3nm và kích thước bóng bán dẫn.
Điều này có nghĩa là chip của hai thế hệ nút quy trình (chẳng hạn như 5nm và 3nm) do cùng một nhà sản xuất sản xuất không nhất thiết phải tương ứng với tên nút quy trình. Nếu kích thước thực tế của quy trình 5nm của một công ty nào đó là 20nm thì sẽ không có vấn đề gì nếu công ty đó gắn nhãn quy trình kích thước 8nm là 2nm.
Bởi vì chúng không còn là cùng một bộ tiêu chuẩn, của bạn là 3nm, của anh ấy là 3nm, ngay cả khi sử dụng quy trình 16nm, nó có thể không thực sự đạt đến kích thước 16nm. Chúng ta đã khó có thể đánh giá mức độ thực sự của chúng chỉ dựa trên những con số quy trình hời hợt.
TSMC đang thúc đẩy 2nm, nếu hiểu các nguyên tắc của công nghệ 2nm từ góc độ truyền thống, chúng ta cần mở rộng công nghệ sản xuất chip từ mặt phẳng 2D sang cấp độ ba chiều 3D, tương tự như sự phát triển từ việc xây một ngôi nhà từ việc xây một căn hộ nhỏ. sàn đến xây dựng một tòa nhà cao tầng. Từ Chuyển động 2D sang xếp chồng 3D đòi hỏi phải xây dựng lại hệ thống sản xuất chip từ nhiều lĩnh vực khác nhau như thiết kế, vật liệu, sản xuất và đóng gói.
Nhưng trên thực tế, người ngoài vẫn chưa biết liệu nhà sản xuất có thể đạt được mức độ tinh vi này hay đó là 3nm++ hay 2nm thực sự.
Trước đây, Philip Wong của TSMC đã tiết lộ trong bài phát biểu quan trọng của Hot Chips 31: "Nó từng là nút công nghệ, số nút, nghĩa là một số chức năng trên wafer". các mẫu xe - Giống như BMW 5 Series hay Mazda 6. Không quan trọng con số là gì, nó chỉ là đích đến của công nghệ tiếp theo, tên của nó.”
Theo lời của các giám đốc điều hành TSMC, chúng ta có thể biết rằng 2nm mà chúng ta hiểu có thể không giống với khái niệm 2nm mà họ đã tạo ra. Tên của nút và công nghệ thực tế không phải là những bản nâng cấp tương đương mà là số nút lặp lại.
Có thể thấy, tiêu chuẩn của mỗi hãng là khác nhau, ý nghĩa tiếp thị ngày càng mạnh mẽ hơn, đằng sau việc nâng cấp công nghệ sản xuất chip, 2nm có thể không còn là 2nm như chúng ta hiểu.
Thời đại sản xuất cuộn đã qua?
Trên thực tế, đánh giá từ danh tiếng của dòng iPhone 15, thời đại của công nghệ cuộn đã qua, nhiều người dùng nhận thấy quy trình 12nm của chiếc điện thoại di động họ mua ba năm trước vẫn nhanh như chớp, và họ cảm thấy rằng họ có thể tồn tại thêm vài năm nữa.iPhone 15 series sử dụng chip 3nm nhưng điện năng tiêu thụ không hề giảm, vấn đề nóng máy vẫn còn nổi bật, từ góc độ trải nghiệm và danh tiếng sản phẩm, danh tiếng trải nghiệm của iPhone 15 chưa được 3nm chúc phúc, và cũng không phải vậy. rõ ràng ở cấp độ nhận thức. Người tiêu dùng quan tâm nhiều hơn đến sự đổi mới khác biệt của sản phẩm và trải nghiệm tổng thể về sản phẩm.
Theo đánh giá dòng Mate60 thì máy đạt hiệu năng, độ mượt mà và tiêu thụ điện năng rất tốt, điểm chạy cũng rất mạnh, có thể dễ dàng đương đầu với nhiều thử thách khác nhau như các game đa tác vụ, tải nặng.
Trên thực tế, việc tăng chi phí do nâng cấp quy trình ngày càng trở nên không kinh tế đối với cả nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Chúng tôi biết rằng việc sản xuất hàng loạt chip xử lý tiên tiến nhất là một dự án có hệ thống, đòi hỏi tiến độ và sự lặp lại chung của các nhà sản xuất thiết bị, vật liệu, IP và công nghệ khác ở thượng nguồn và hạ nguồn của chuỗi công nghiệp và rất tốn kém. Giá đúc 2nm đã lộ diện, gần 25 nghìn đô la Mỹ/mảnh (wafer), so sánh, 3nm-20.000 đô la Mỹ/mảnh, 4/5nm-16.000 đô la Mỹ/mảnh, 6/7nm-10.000 đô la Mỹ/mảnh.
Giá OEM chip tổng thể ngày càng cao hơn và chi phí OEM mà các nhà sản xuất phải chịu cũng ngày càng cao hơn, tuy nhiên, sự nâng cấp hiệu suất do quá trình sản xuất chip mang lại không lớn như tưởng tượng. Hiệu suất của điện thoại di động đang trong thời đại dư thừa và trải nghiệm tổng thể đã được nâng cấp, trải nghiệm vận hành không rõ ràng và người tiêu dùng đang dần ít quan tâm đến mức phí bảo hiểm cao của quy trình sản xuất chip.
Theo quan điểm hiện tại, vấn đề tiếp theo của ngành điện thoại di động phải là hệ thống và hệ sinh thái, miễn là chip trong nước giải quyết được vấn đề tiêu thụ điện năng và năng suất, đồng thời hệ thống tiếp tục được nâng cấp lặp đi lặp lại, trải nghiệm trên điện thoại di động sẽ chỉ mượt mà hơn và hiệu suất chi phí toàn diện của điện thoại di động sẽ cao hơn. Do đó, công nghệ Quá trình sản xuất sẽ không còn là trở ngại lớn nhất ngăn cản điện thoại di động trong nước đuổi kịp Apple. Từ góc nhìn này, chúng ta vẫn còn cơ hội để vượt lên trong các góc cạnh.
