蘋果豪賭3nm背后

激石Pepperstone(http://xcvvvm.com/)報道：

對于蘋果來說，3nm無疑是他們的頭等大事。

據(jù)彭博社早前報道，蘋果一直在新 Mac mini 上測試其新 M3 芯片的基礎(chǔ)版本?，F(xiàn)在，彭博社又帶來了有關(guān) M3 Mac 的另一篇報道，但這一次與更強大的 M3 Max 芯片有關(guān)。據(jù) Mark Gurman 介紹，該公司一直在為新款高端 MacBook Pro 試驗一款具有多達 40 個 GPU 核心的芯片。

雖然關(guān)于M3芯片的細節(jié)并沒有披露，但彭博社的知情人士透露，一款代號為 J514 的新型筆記本電腦采用 Apple Silicon 芯片，該芯片配備 16 核 CPU 和 40 核 GPU。更具體地說，這款名為M3 Max 的芯片將擁有 12 個高性能核心，可處理高要求的任務(wù)，還有 4 個高效核心，可在用戶運行不太密集的應(yīng)用程序時節(jié)省電池電量。與 M2 Max 相比，多了四個 CPU 核心和兩個 GPU 核心。

Gurman 在之前的報告中提到，新的 M3 基礎(chǔ)芯片將配備 8 核 CPU 和 10 核 GPU，與 M2 類似。不過，M3 Pro 預(yù)計將擁有 12 核 CPU 和 18 核 GPU，比 M2 Pro 多了兩個 CPU 和 GPU 核心。

據(jù)彭博社報道，今年晚些時候發(fā)布的頂級iPhone 15 Pro 機型還將搭載全新 A17 處理器，該處理器與 M3 芯片有很多共同點，均采用全新 3nm 工藝打造。

綜合過去的相關(guān)報道，蘋果在3nm上下了很多功夫，但為何他們要這樣做呢？這背后又將發(fā)生怎樣的故事？

為什么非要3nm？

對于一直以來以引進先進工藝的蘋果而言，公司上一次實現(xiàn)制造工藝的重大飛躍是在 2020 年，當(dāng)時他們采用了臺積電的 5 納米工藝，生產(chǎn) A14 仿生和M1芯片。除此之外，Apple Watch 中的 S6、S7 和 S8，繼續(xù)使用 7nm 制造工藝，因為它們基于 A13 Bionic——蘋果為 iPhone 設(shè)計的最后一款 7nm芯片。

蘋果去年在iPhone 14 Pro和 iPhone 14 Pro Max中推出了 A16 Bionic 芯片。蘋果聲稱它是4nm芯片，因為它使用臺積電的“N4”工藝，但實際上它是用臺積電5nm N5和N5P工藝的增強版制成的。之所以會困在這里，與工藝的進一步前進更加困難有關(guān)。

使用 3nm 工藝制造芯片是一項復(fù)雜的任務(wù)，需要極高的精度，采用最先進的制造技術(shù)，結(jié)合創(chuàng)新的光刻、蝕刻和沉積方法，在微觀尺度上創(chuàng)建復(fù)雜的電路。制造過程涉及多個復(fù)雜的步驟，即使是最小的偏差也可能導(dǎo)致顯著的良率損失。為此，包括臺積電、三星和英特爾在內(nèi)的廠商都在推進這個工藝上碰到問題。而且，該工藝價格昂貴，據(jù)semianalysis分析，臺積電的3nm有約 25 個 EUV 層，幾乎是 N5 的兩倍，這超出了大多數(shù)客戶愿意支付的價格。

現(xiàn)在，臺積電終于有了跨代的新工藝，蘋果也終于可以擁抱其來實現(xiàn)跨越性的增長。

從廠商分享的數(shù)據(jù)來看，3nm 應(yīng)該為蘋果芯片提供自2020年以來最大的性能和效率飛躍。3nm增加的晶體管數(shù)量使芯片能夠以更快的速度同時執(zhí)行更多任務(wù)，同時使用更少的功耗。

據(jù)臺積電董事長 Mark Liu 介紹，3nm制程的邏輯密度將增加約70%，于相同功耗下，速度提升10-15%，或于相同速度下，功耗降低25-30%。此外，3nm 芯片還可以支持更先進的專用芯片硬件。例如，3nm 芯片可能支持更先進的人工智能和機器學(xué)習(xí)任務(wù)，以及更先進的圖形功能。這種提升在過去幾年是很少見到的，相信這也是蘋果看上3nm的原因。

臺積電的全面護航

正如前面所有，蘋果將在多款芯片上使用3nm，為此有新聞傳出，蘋果為了確保擁有足夠的3nm 制程處理器，提供予iPhone、Mac 和iPad 使用，已經(jīng)向臺積電預(yù)留了今年90% 的產(chǎn)能，去生產(chǎn)A17 Bionic 和M3 系列處理器。

作為臺積電的長期合作伙伴，有指Apple 早在2020 年開始就向?qū)Ψ接嗁?nm 芯片，并且會長期采購，預(yù)計Apple 會將3nm 芯片用于發(fā)表全新的產(chǎn)品類別，例如自動駕駛汽車。

而臺積電為了抱住蘋果這個大腿，也與他們在合作上付出了很多。

據(jù)EE Times在今年五月報道，Arete Research 分析師 Brett Simpson 告訴EE Times，他估計臺積電 A17 和 M3 處理器的良率約為 55%，這適合臺積電所處的開發(fā)階段。他表示：“臺積電預(yù)計每個季度的良率將提高約 5 個百分點以上?！?/p>

不過，臺積電首席執(zhí)行官 CC Wei 隨后表示，公司已實現(xiàn)“大批量生產(chǎn)，良率良好”，但客戶的需求超出了其供應(yīng)能力。下半年，臺積電將加大為蘋果生產(chǎn) A17 和 M3 芯片的產(chǎn)量，同時也為英特爾、AMD 和 Nvidia 生產(chǎn)芯片。

而據(jù) The Information報道，芯片供應(yīng)商臺積電采取了不同尋常的舉措，在推出iPhone 15 Pro和 A17 Bionic 芯片之前，不再向蘋果收取有缺陷的3nm芯片費用。The Information表示，臺積電僅向蘋果收取“known good dies”的費用，對有缺陷的芯片不收取任何費用。這是非常不傳統(tǒng)的，因為臺積電客戶通常必須支付晶圓及其包含的所有芯片的費用，包括任何有缺陷的芯片。

由于蘋果從臺積電獲得的訂單如此之大，它顯然有理由吸收有缺陷芯片的成本。蘋果愿意成為供應(yīng)商新制造工藝的第一個客戶，這有助于它支付新節(jié)點的研發(fā)費用以及制造它們的設(shè)施的費用。

對于新的制造工藝來說，這個決定帶來的節(jié)省成本可能相是當(dāng)可觀的。The Information 稱，大約 70% 的早期 3 nm 芯片已經(jīng)可用，盡管這個數(shù)字可能會根據(jù)正在制造的芯片而變化，并且隨著工藝的改進，通常會隨著時間的推移而上升。

當(dāng)然，蘋果訂單的規(guī)模也使得臺積電能夠更快地學(xué)會如何在量產(chǎn)過程中改進和擴大節(jié)點。

據(jù)財報顯示，全球最大的半導(dǎo)體代工廠臺積電2022年服務(wù)了532家客戶。不過，其前10名客戶占其營收的68%。其中，蘋果是最大客戶，占臺積電營收的23%。報道指出，臺積電的蘋果收入在 2022 年增長了 18.2% 至 175億美元。

其他客戶面臨的挑戰(zhàn)

對于蘋果和臺積電來說，他們雙方的決定都是一個基于雙方需求做出的取舍。但是一旦臺積電在蘋果的支持先，讓3nm 芯片的生產(chǎn)和良率問題得到改善。那么其他想要3nm的客戶，將可能不可避免地向臺積電支付更高的價格，并為有缺陷的芯片付出費用。

臺積電此前曾透露，其 N3 節(jié)點已被高性能計算 (HPC) 和智能手機 SoC的設(shè)計者采用 ?，并且在其生命周期早期，采用者數(shù)量比 N5 更高。然而臺積電從未提及有多少家公司決定使用其 3 納米級制造工藝。

不過，Synopsys IP營銷和戰(zhàn)略高級副總裁 John Koeter 早前曾表示：“用于臺積電 3nm 工藝的 Synopsys IP 已被數(shù)十家領(lǐng)先公司采用，以加快其開發(fā)速度、快速實現(xiàn)芯片成功并加快上市時間。”這也從側(cè)面披露了臺積電3nm的受歡迎程度。

但是，對于這些廠商而言，他們似乎沒有像蘋果那樣跟臺積電討價還價的資本。

統(tǒng)計顯示，臺積電的十大客戶包括蘋果、高通、AMD、博通、NVIDIA、聯(lián)發(fā)科、英特爾、Marvell、恩智浦和紫光展銳。受基于 N6/N5/N4 的芯片以及更廣泛的汽車和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的影響，高通成為臺積電的第二大客戶。高通 2022 年在代工上花費了 150 億美元以上最大的份額流向了臺積電和三星。這和臺積電獨家生產(chǎn)蘋果芯片帶來的營收占比有很大的差距。

據(jù)DigiTimes在去年年底的報道，用于這家臺灣芯片制造商 3nm 工藝的一塊加工晶圓可能會讓客戶損失約 20,000 美元。相比之下，臺積電的 5 納米工藝晶圓成本約為 16,000 美元。

臺積電 CCWei 在四月也表示：“由于我們的客戶（猜測是蘋果）對 N3 的需求超出了我們的供應(yīng)能力，我們預(yù)計 N3 將在 HPC 和智能手機應(yīng)用程序的支持下于 2023 年得到充分利用?！?/p>

換而言之，對于今年想使用臺積電3nm的客戶來說，不但需要在產(chǎn)能上面臨挑戰(zhàn)，價格也是他們需要跨越的又一座大山。?????????