手机芯片的重要性？手机芯片与纳米工艺有关吗？

在手机市场快速发展的同时，手机处理器的工艺也在逐渐进行提升，从曾经的10纳米工艺变成了后来的7纳米工艺，又或者是变成了5纳米工艺和4纳米工艺。可以说不仅仅是工艺方面的提升，就连手机的性能也跟着进行了超大幅度的提升，这都让消费者的日常使用体验变得非常优秀，也让市场得到了快速发展。

而且，大多数手机处理器目前都采用了台积电工艺，所以最近一段时间的台积电传出了梅开三度的消息，这对于整个手机市场来说，也很值得期待。

首先是台积电公布了2纳米的消息，也就是和外界公布了未来先进制程的路线，称2纳米(N2)采用纳米片电晶体(Nanosheet)，以取代使用多年的FinFET(鳍式场效应晶体管)。

虽然台积电版的GAAFET(环绕栅极晶体管)，微观结构原理相似，但和三星所采用的晶体管应该不会有特别大的差距，甚至可以说只有命名方面的不同。

只不过2纳米工艺相比于3纳米工艺来说，相同功耗下速度提升10-15%，相同速度下，功耗降低25~30%，晶体管密度只提升了10%，按理来说密度应该会提升100%，这次不知道是为什么，以及2025年量产。

其次，台积电的3纳米工艺也带来了新的好消息，由于台积电的3纳米制程工艺在去年就已开始风险试产，目前正按计划推进在下半年量产。

然而说到这里就不得不提下三星工艺，外媒提出的消息是三星在本月才刚刚投入3纳米 GAA工艺的试产，这意味着量产最快也要到明年中上旬了，比台积电晚了一大截。

要知道，三星工艺从去年开始就备受吐槽，今年更是让高通骁龙换到了台积电工艺，感觉在市场中的发展压力逐渐变大了许多。

记得在12年左右，智能手机刚刚在我国普及，那时候的人们选择手机主要是按照价格来选，能打电话、能听歌、能拍照就足够了，什么性能根本不在意也不清楚，因为那时候智能手机也就是屏幕大点，功能多点上网还快一点，也没什么大型手游，所以对手机使用芯片没什么太大概念。

可以说，手机芯片是手机中最重要的，也是手机中的“心脏”，手机芯片能力越强，手机的性能也越强。手机芯片在手机中承担着手机的运算和存储的功能，目前在手机中搭载的主流芯片是苹果的A系列芯片和华为的麒麟芯片，以及高通的骁龙芯片和联发科的天玑芯片。由此可见，设计研发芯片的难度非常大。首先说，手机芯片与纳米工艺有密不可分的关系。纳米其实就是毫米，是一种长度单位，国际单位的符号就是nm。通俗的来说，像大家熟知的苹果A15仿生芯片是5纳米，天玑9000和骁龙8芯片都是5纳米的，不过目前最新的手机芯片制作工艺已经来到了4纳米，就是即将要在下半年和大家见面的，苹果A16芯片、高通骁龙8+芯片和天玑9000+芯片。这样直观地看，应该是纳米数越小，芯片性能就越强。

手机芯片就是一种集成电路，将电阻、晶体管等元器件集成在一个小平板上，用连接线将这些电子元器件串联起来。随着科技的发展，通过光刻机可以将现在的上百亿个晶体管都集成在这个小平板上，集成度越高，芯片的运算能力也就越强，自然性能也就越强。

和很多东西不同的是，芯片上是越小就越先进，所以人们也在不断追求让芯片缩小。首先，缩小芯片可以让手机降低功耗，手机的续航也就更长。另外，还可以节约材料，降低成本。还能满足人们对于轻薄的要求，提高便携性，所以也就是说为什么集成芯片会出现在平板电脑、手机和精密设备中。

现在的集成芯片已经达到了4纳米，那么很多人就会问莫非集成芯片会逐渐趋于“0”吗?首先说理论上是可以的，如果按照理论的话，芯片的集成性夸张到难以想象。但实际却不是，曾经人们根据摩尔定律推测出集成芯片的最多也就是到7纳米就会停滞不前，但是逐渐就生产出了7纳米、5纳米，而且越来越小。但是，要知道纳米数越小，需要研发的时间和成本也就越长，人们到底需不需要这么精密的集成芯片还是要画上一个问号的。

在半导体全产业链中，晶圆制造一直发挥着基础核心作用。目前，随着5G、人工智能和物联网等技术不断发展，各行各业对芯片性能和能效要求越来越高。而推动工艺技术发展的方式主要有两种，一个是芯片尺寸缩微缩，一个是硅片直径增大。由于硅片直径增大涉及整条生产线设备更换，制造工艺精进微缩当前仍是芯片性能持续提升的主要驱动力。

无论如何，只要摩尔定律还存在，半导体巨头势必会抢占先进工艺制高点，其中包括台积电宣布2022年将支出近300亿美元用于2纳米、3纳米等工艺研发;去年三星宣布2022年量产3纳米，2025年量产5纳米;英特尔计划通过2纳米制程重回巅峰;而IBM展示的2纳米制程也着实惊艳了一小阵。同时，欧洲与日本政府及企业也寄望通过2纳米重振芯片制造。

无疑，全球2纳米芯片制程之战的号角已经吹响。但在这场竞逐中，各企业仍主要有“四道坎”需要迈过，包括架构技术、材料、设备和成本。其中，从目前各大厂公布的技术来看，GAAFET全栅场效应晶体管技术将会成为2纳米芯片研制的主流工艺。而二维材料和一维材料有望成为突破2纳米制程研发的潜力材料。此外，满足2纳米研发的光刻机需要2023年开放测试。

作为先进工艺的主力推动者，台积电近年来一直引领行业发展，其中包括2018年推出7纳米，2020年推出5纳米，2022年将如期推出3纳米，同时2纳米工艺也在推进研发，预计最快2024年投产。官方资料显示，与5纳米工艺相比，台积电3纳米的晶体管密度达到每平方毫米2.5亿个，在逻辑密度上提升1.7倍，性能提升11%，同等性能下功耗可降低25%-30%。

为了减少生产工具以及客户设计的变更，台积电的3纳米将会沿用鳍式场效应晶体管(FinFET)架构。但随着工艺节点发展到3纳米后，晶体管沟道进一步缩短，FinFET结构将遭遇量子隧穿效应的限制。因此，台积电据将在2纳米芯片中采用类似全栅场效应晶体管(GAAFET)结构。可以说，这一架构是FinFET技术升级版，将能进一步提升栅极对沟道电流的控制能力。

显然，2纳米在技术上革新非常关键。根据国际器件和系统路线图(IRDS)规划，在2021-2022年以后，FinFET结构将逐步被GAAFET结构所取代。该架构即通过更大的闸极接触面积提升对电晶体导电通道的控制能力，从而降低操作电压、减少疏漏电流，有效降低芯片运算功耗与操作温度。比如GAAFET技术将沟道四侧全部包裹，FinFET的栅极仅包裹沟道三侧。