馬點秋

2023年9月19日，天津華為旗艦店開業(yè)，Mate 60系列手機吸引了眾多消費者

日前，華為未經(jīng)發(fā)布便開售的Mate 60系列手機，引起了全國，乃至全世界媒體的熱切關(guān)注。其配備的新一代昆侖玻璃、衛(wèi)星通話以及XMAGE超光變主攝，都處于手機行業(yè)的翹楚水平，“遙遙領(lǐng)先”。

但無論是以上諸多先進配置，還是5999元起的高昂售價，都不是這臺手機如此引人注目的原因。讓Mate 60火出天際，甚至在9月25日正式發(fā)布前，就成為現(xiàn)象級爆款的，是它所搭載的那顆“中國芯”—麒麟9000S處理器。

這是華為自2020年5月15日被美國全面封鎖、無法使用先進制程代工生產(chǎn)高性能手機芯片以來，交出的第一份“答卷”。這也標志著，中國大陸的光刻工藝水平里程碑式的突破。接下來，讓我們來深入了解這款芯片的特點與優(yōu)勢，以及它對全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的意義。

超線程技術(shù)彌補制程代差

首先談一談這顆芯片所采用的制程工藝。雖然官方并未公布麒麟9000S芯片實際的代工廠商，但業(yè)界普遍猜測，其來源于中芯國際旗下最先進的N+2工藝。

據(jù)國內(nèi)外眾多科技媒體的拆解評測，麒麟9000S芯片的晶體管密度，大概在86～100MTr/mm2（百萬晶體管/平方毫米）之間，與國際主流水平—臺積電N4P的165.9 MTr/mm2，和三星4LPE的146.5 MTr/mm2，還存在很大差距，但基本達到了早年臺積電初代7nm的工藝水準。

這無疑是對美國技術(shù)封鎖的一次強有力的回擊，但我們也應(yīng)該看到，這同時也是中芯國際所采用的DUV光刻技術(shù)，在合理成本范圍內(nèi)，能做到的近乎極限。

要知道，強如“技術(shù)狂魔”的英特爾，旗下經(jīng)過多年打磨，被網(wǎng)友戲稱為“10nm++++”的10ESF DUV工藝，即便采用了良品率極低的SAQP四重自對準曝光技術(shù)，達到的晶體管密度也僅為100.8 MTr/mm2；而自此之后，英特爾、臺積電、三星目前均已轉(zhuǎn)向EUV極紫外光刻領(lǐng)域—最新發(fā)布的iPhone 15 pro搭載的A17 Pro處理器，所采用的臺積電初代3nm工藝，晶體管密度已突破200 MTr/mm2大關(guān)。由此可見，國內(nèi)光刻領(lǐng)域若想獲得新突破，EUV仍是邁不過去的一道坎。

雖然距離國際先進水平仍有5年到6年的技術(shù)代差，但經(jīng)過華為自主研發(fā)的鯤鵬系統(tǒng)深度優(yōu)化調(diào)教后，Mate 60系列運行各類主流應(yīng)用軟件的速度，仍然做到了比較流暢的水平。

國內(nèi)光刻領(lǐng)域若想獲得新突破，EUV仍是邁不過去的一道坎。

取自Mate 60Pro的麒麟9000S芯片

Mate 60系列廣告

同時，麒麟9000S還配備了首次在手機端ARM架構(gòu)處理器中出現(xiàn)的超線程技術(shù)。作為一款8核心12線程處理器，麒麟9000S與華為數(shù)據(jù)中心級ARM處理器鯤鵬系列一脈相承地，采用了自研泰山架構(gòu)。它所繼承的，在服務(wù)器級處理器中比較常見、但在手機上非常罕見的“超線程”技術(shù)，將“1+3+4”中的1超大核與3大核虛擬為8個邏輯核心，與4小核一起共同構(gòu)成12線程，有效提升多任務(wù)處理效能。

然而，在服務(wù)器以及家用電腦領(lǐng)域已經(jīng)十分普及的超線程技術(shù)，遲遲沒有下放至手機市場的原因，便是其相比手機芯片廠商普遍采用的“大小核”多任務(wù)處理方案，需要消耗更多的功耗，以及需要應(yīng)用的專門適配。

早年，英特爾曾為移動終端推出過配備超線程技術(shù)的Atom凌動處理器，搭載在聯(lián)想、中興等廠商的一系列手機產(chǎn)品上，但x86復(fù)雜指令集天然高功耗的特性，與超線程技術(shù)結(jié)合的后果，就是讓Atom處理器成為了名副其實的“大火爐”，實在難以駕馭。

華為此次同樣為Mate 60系列配備了十分豪華的散熱規(guī)格，大概是期望其性能釋放，能夠彌補一部分制程代差所造成的性能損失吧。

技術(shù)奇才領(lǐng)導(dǎo)攻關(guān)

那么，中芯國際是如何在短短數(shù)年內(nèi)，將芯片代工工藝水平從14nm提升至7nm的呢？這就不得不提到中芯國際的靈魂人物，堪稱“芯片呂布”的技術(shù)狂人梁孟松。

作為芯片界的傳奇人物，梁孟松畢業(yè)于加州大學(xué)伯克利分校，師從3D晶體管之父、FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）發(fā)明者胡正明。FinFET于1999年被發(fā)明，但直到16/14nm節(jié)點研發(fā)階段，才作為MosFET的下一代技術(shù)被大規(guī)模投入使用，并成為14nm、7nm與5nm節(jié)點最關(guān)鍵的核心技術(shù)之一。

梁孟松博士畢業(yè)后，于1997年入職臺積電，并在2003年幫助臺積電研發(fā)出130nm“銅制程”，擊敗彼時如日中天的美國IBM，一戰(zhàn)成名，成為了早年“臺積電六騎士”之一。

后因與臺積電另一員大將蔣尚義關(guān)系不和，他出走臺積電，來到三星，將導(dǎo)師胡正明的FinFET從理論變?yōu)楝F(xiàn)實，一舉幫助三星在2014年攻克14nm制程工藝，讓彼時仍停留在16nm工藝的臺積電損失了蘋果、高通70%的訂單，成為臺積電知名的“頭號叛將”。

中芯國際用3年的時間，走完了臺積電10年的路，股價也翻了7倍。

蘋果最新發(fā)布的i Phone 15Pro 搭載A17Pro處理器

2015年，臺積電狀告梁孟松違反競業(yè)限制勝訴后，梁被當時的中芯國際董事長周子學(xué)游說，于2017年加入中芯國際，又在3年的時間內(nèi)，接連幫助中芯國際攻克了28nm、14nm、12nm、7nm、N+1的技術(shù)難題，將中芯國際從一個半導(dǎo)體三線小廠，直接提升到國際一線代工廠水準，用3年的時間，走完了臺積電10年的路，股價也翻了7倍。

值得注意的是，梁孟松在三星時期的年薪，最高達到了4000萬美金，而在中芯國際的年薪，最高時也“僅為”150萬美金，且他將其中絕大部分捐出，獎勵給國內(nèi)微電子專業(yè)排名靠前的學(xué)校的優(yōu)秀學(xué)生和貧困生。

在之后公開的辭職信中，他也表示，來到中國大陸，“只是單純地想為大陸的高端集成電路盡一份心力”。其個性與氣節(jié)，可謂國士無雙。

多方競爭暗流涌動

目前，實現(xiàn)量產(chǎn)的最先進制程，是臺積電3nm，被iPhone 15 Pro搭載的A17 Pro處理器所采用。而萬眾期待的臺積電3nm工藝被揭開第一層面紗后，它的提升效果并不盡如人意：其與上一代iPhone處理器A16相比，單核性能提升僅有10%，多核僅有3%，即便對近年來一直被人詬病“擠牙膏”的蘋果來說，提升幅度也未免太小了一些。

但細究個中緣由，雖然存在著初代工藝良品率低、成本高、技術(shù)不成熟等客觀因素，難辭其咎，但也許問題并不全出在臺積電身上—自2019年蘋果芯片工程師團隊部分核心成員出走，創(chuàng)建芯片公司Nuvia后，蘋果的芯片提升便一直不溫不火，亮點乏善可陳，唯一的亮點大概僅有受到廣泛好評的A15處理器，它被連續(xù)搭載在iPhone 13與iPhone14兩代機型上。

2023年9月12日，美國加州，蘋果秋季新品發(fā)布會，與會者在觀看全新的iPhone 15

而Nuvia不僅在2020年發(fā)布的Phoenix架構(gòu)原型芯片上低調(diào)“秀肌肉”，單核跑分遠超當時的高通驍龍865、蘋果A13處理器，它還在2021年被高通收購，幫助高通開發(fā)自研架構(gòu)，解決了高通多年采用的ARM公版架構(gòu)，與蘋果A系列差距過大的問題。

搭載Nuvia架構(gòu)的高通驍龍8 Gen4處理器，即將于2024年上市，其即將于2023年底發(fā)布的驍龍8 Gen3多核性能也有望超越蘋果。A系列處理器可能就此一蹶不振，可見研發(fā)人才對于一家芯片公司的重要性。

有趣的是，iPhone所遇到的芯片研發(fā)瓶頸，與英特爾當年卡在14nm工藝的困境幾乎正好相反。與蘋果不同，英特爾的芯片并未經(jīng)臺積電代工，而是由自家光刻廠自主生產(chǎn)。

英特爾在14nm至10nm工藝的代際演進過程，因為步子邁得太大，要求過高，采用的技術(shù)過于復(fù)雜，打亂了技術(shù)演進的正常節(jié)奏，導(dǎo)致其在2014年至2020年間，被AMD迎頭趕上。

但英特爾在意識到問題后，簡化了10nm的生產(chǎn)工藝，終于在2021年發(fā)布能耗與性能均極為優(yōu)秀的12代處理器，一掃消費級處理器多年不及AMD的頹勢。

它的下一代采用GAA全環(huán)繞柵極晶體管的20A制程，也在穩(wěn)步推進中，與三星、臺積電并駕齊驅(qū)。由此可見，英特爾并不缺乏技術(shù)人才，而蘋果很可能正面臨人才匱乏的窘境。

隨著ARM近日高調(diào)上市，促成年內(nèi)最大IPO，其與高通多年的專利糾紛，和高通采用自研架構(gòu)、努力擺脫ARM的爭端，也即將進入白熱化階段。

芯片產(chǎn)業(yè)依舊暗流涌動，風(fēng)云詭譎。華為能否從麒麟9000S開始王者歸來，從中殺出一條血路？只有時間才能證明。

責(zé)任編輯吳陽煜 wyy@nfcmag.com