本文對來自不同公司、采用不同制造工藝的智能手機(jī)處理器進(jìn)行了比較，本來打算以張貼欄的方式發(fā)出來，后來隨著信息內(nèi)容的增加，我把它寫成了一篇文章。本文的比較對象最大程度地包括了蘋果 A 系列、華為麒麟和三星 Exynos 處理器，在一些比較中還包含了一些高通驍龍?zhí)幚砥鳌?/p>

制造工藝

文中進(jìn)行比較的處理器均來自三星和臺積電制造，其制造工藝從 14/16 納米開始，一直下探到 7 納米的 EUV 版本。

比較內(nèi)容

對不同公司處理器的裸片寬度和裸片高度進(jìn)行比較。在工藝比較中將用到晶體管密度（僅某些處理器有可用數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)。

智能手機(jī)處理器芯片尺寸

圖 1 分別繪制了三星、華為和蘋果的智能手機(jī)處理器的芯片尺寸變化趨勢及其所使用的不同工藝。

圖 1. 三星（左）、華為（中）和蘋果（右）的芯片尺寸變化趨勢和工藝

對于三星而言，7LPP 工藝的的推出使其處理器的裸片高度得以降低。但是，出乎意料的是，在這里所有處理器中，其裸片面積 91.83 平方毫米并不是最小的。在 7 納米處理器中，處理器面積最小的是采用臺積電第一代 7 納米工藝制造的驍龍 855（73.3 平方毫米）。當(dāng)然，驍龍 835 的尺寸更小，僅為 72.3 平方毫米，但它采用的是三星 10 納米（LPE）制造工藝，晶體管密度更低。另一個 7 納米 EUV 處理器 - 臺積電生產(chǎn)的華為麒麟 990 5G，它的裸片尺寸也有所提升（113.3 平方毫米），但這可以歸因于處理器設(shè)計了一些新功能。

裸片寬度不會隨著先進(jìn)工藝而下降。如稍后將詳細(xì)討論的那樣，這將是使用 EUV 工藝帶來的一個問題。隨著單元軌道高度的降低，光照旋轉(zhuǎn)的影響將變得更加明顯。

晶體管密度

圖 2 繪制了華為和蘋果處理器的晶體管密度及其工藝。

圖 2. 華為（左）和蘋果（右）的晶體管密度與工藝。

這里最大的意外是，臺積電的 7 納米 EUV 工藝的的晶體管密度并非最高。在所示的麒麟處理器中，麒麟 980 的密度最高（93.1 MTr / mm2），高于麒麟 990 5G 的 90.9 MTr / mm2。另一個超過該值的處理器是驍龍 855，其密度為 91.4 MTr / mm2。

臺積電的第一代 7 納米工藝實現(xiàn)了迄今為止 7 納米尺度上最高的密度和最小的芯片尺寸。實際上，臺積電 7 納米工藝的高密度軌道高度（240 納米）比三星的 7 納米 EUV 工藝（243 納米）要短。 Exynos 990 實際上使用了 270 納米的高性能軌道高度。這些實際上抵消了較小金屬間距的潛在好處。

隨著向 5 納米的邁進(jìn)，尤其是隨著 6 軌道單元的問世，軌道高度有望進(jìn)一步降低。

軌道高度降低對 EUV 的影響

三星的 7 納米 EUV 工藝可提供 270 納米（7.5 軌道）和 243 納米（6.75 軌道）的 cell 高度。延續(xù)的 5 納米工藝提供了 216 納米（6 軌道）單元高度。之所以認(rèn)為三星 5 納米是其 7 納米工藝的延續(xù)，是因為最小金屬間距沒變，繼續(xù)保持在 36 納米。最小金屬間距對 EUV 工藝有很大的影響，因為它設(shè)置了首選的光照角度（精確地為正弦值=0.1875 對應(yīng)的角度）。但是，該角度會在整個裸片上旋轉(zhuǎn)，距中心 13 毫米處時最大旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到 18.2 度。由于圖 1 中所示的三星 Exynos 處理器的芯片寬度一直在 10.7 毫米左右，因此，在芯片邊緣處的最大旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)該是 7.5 度（= 18.2 度 x 5.35 毫米 / 13 毫米）。對于 36 納米的間距而言，其影響并不是那么深遠(yuǎn)，而對于真正的間距 - 軌道高度 - 而言，這個影響就不可小覷了。隨著作為間距的軌道高度的變大，會產(chǎn)生更復(fù)雜的衍射級譜。通常，第 0 階和第 1 階之間的相位差不會受到 x 方向入射角“陰影”的明顯影響，但是光照旋轉(zhuǎn)會對此產(chǎn)生影響（圖 3）。

圖 3. 7.5 度光照旋轉(zhuǎn)角對 243 納米軌道高度（頂部）和 216 納米軌道高度（底部）的影響。旋轉(zhuǎn)時，散焦會在整個光瞳上產(chǎn)生較大范圍的相位誤差（x 方向上的不同角度平鋪）。因此，芯片邊緣的圖案更容易失焦。

6 軌道或 6.75 軌道單元中的線在芯片邊緣更容易失焦。這種影響不僅隨著最小金屬間距的減小更為嚴(yán)重，而且會隨著軌道高度的減小變得更為嚴(yán)重，這是由于較小間距的連續(xù)階之間的路徑差異較大。

將來會發(fā)生什么

現(xiàn)在，臺積電已經(jīng)中斷了對華為的供應(yīng)，所以華為有可能不得不借助中國大陸本土的晶圓代工廠，比如中芯國際。由于中國大陸的制造工藝還沒有達(dá)到“ 7nm”階段，所以它可能會首先嘗試在中國復(fù)制麒麟 980。同時，蘋果和高通將繼續(xù)在臺積電的 7 納米“ P”工藝上取得成功。三星方面，隨著 Exynos 處理器系列普及程度的下降，三星處理器可能會切換成非定制的 ARM 內(nèi)核設(shè)計，這種切換能否使三星自家的處理器設(shè)計恢復(fù)活力還有待觀察。如果不能，三星的手機(jī)仍然可以使用高通的驍龍?zhí)幚砥鳌?br /> 責(zé)任編輯:pJ