备受尊敬的微电子研究公司TechInsights对华为最新的海思麒麟9030处理器进行了剖析,发现其采用了该公司所称的N+3制程技术,这是中国中芯国际(SMIC)所能提供的最先进制造工艺。尽管TechInsights声称中芯国际的N+3是迈向5纳米的一步,但它仍落后于领先芯片制造商们的5纳米级制造技术。

华为的海思麒麟9030和麒麟9030 Pro是该公司为Mate 80系列智能手机提供动力的最新片上系统。据报道,标准版拥有12个核心,而Pro版则拥有14个核心。因此,这两款SoC在核心数量上都超越了华为在2020年推出的、由台积电(TSMC)采用其5纳米级工艺技术制造的八核麒麟9000。这表明该公司已经找到了一种方法,可以在不显著增加功耗的情况下塞入更多核心,这显然意味着采用了新的制造工艺。
确实,TechInsights的结构和尺寸分析证实,麒麟9030采用了中芯国际的N+3制造技术。然而,据SemiAnalysis估计,中芯国际的N+3并非人们可能认为的5纳米级制造工艺,而是介于7纳米和5纳米之间的技术,因此并非真正的代际跨越。这仍然意味着中芯国际利用2022年之前购买的设备以及一些国产工具,成功将其最先进的制造工艺从N+1(第一代7纳米级)推进到N+2(第二代7纳米级),并进一步发展到N+3。
“麒麟9030采用中芯国际的N+3工艺制造,这是其先前7纳米(N+2)节点的扩展升级,”TechInsights的分析师拉杰什·克里希纳穆尔蒂(Rajesh Krishnamurthy)写道。“然而,从绝对值来看,N+3的微缩程度仍大幅落后于台积电和三星的业界5纳米工艺。尽管中芯国际在基于深紫外(DUV)的光刻技术和设计技术协同优化(DTCO)方面执行了显著的创新,但该工艺预计将面临重大的良率挑战,特别是由于采用了深紫外多图形化技术来实现激进的金属间距微缩。”
TechInsights的结论并未揭示太多新信息,但至少其措辞表明,N+3并非真正的代际跨越,而是中芯国际现有7纳米级技术的渐进式延伸。分析师们将其称为N+2的“扩展升级”,这暗示着前端微缩已基本耗尽:鳍片间距、接触多晶硅间距和基本晶体管几何结构并未发生有意义的改变。相反,中芯国际正在通过深紫外驱动的设计技术协同优化和后端工艺技巧来榨取剩余的收益(该公司已利用类似方法使其N+1成为7纳米级节点的可行替代方案),而不是通过类似于台积电或三星5纳米级工艺那样彻底的节点转换。
最重要的技术警示在于,其重点提及了采用深紫外多图形化技术实现的激进金属间距微缩,因为多图形化正是风险集中之处。使用深紫外技术微缩后端工艺需要多个必须极其精确对准的光刻步骤,而每一步都会增加线粗糙度和缺陷风险。与前端工艺性能逐渐下降不同,一旦超出对准和可变性预算,后端工艺的良率可能会突然崩溃,这必定是TechInsights明确警示良率挑战而非原始微缩极限的原因。
总体而言,N+3表明中芯国际仍然可以在不使用极紫外(EUV)光刻机的情况下提升密度,但代价是成本迅速上升且良率裕度下降。这样的设计决策使该工艺更坚定地靠近7纳米/6纳米级节点,而非5纳米级节点。此外,这预示着中芯国际未来的进展将更少依赖于进一步的光刻微缩,而更多地依赖于通过设计技术协同优化的设计规范性(这并非无限的)、创新的高密度单元库以及保守的时钟频率,因为看起来这家代工厂在前端工艺层面只能做到这一步了。当然,先进封装仍然是中芯国际未来实现微缩最可行的路径,但这对于移动设备和其他低功耗设备来说并不真正适用。



