LPE外延方法的原理和特点

LED外延片生长的基本原理是：在一块加 LED外延片热至适当温度的衬底基片(主要有蓝宝石和、SiC、Si)上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。LED外延片衬底材料选择特点： 1、结构特性好，外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺陷密度小 2、界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性强 3、化学稳定性好，在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀 4、热学性能好，包括导热性好和热失配度小 5、导电性好，能制成上下结构6、光学性能好，制作的器件所发出的光被衬底吸收小 7、机械性能好，器件容易加工，包括减薄、抛光和切割等 8、价格低廉。 9、大尺寸，一般要求直径不小于2英吋。 10、容易得到规则形状衬底(除非有其他特殊要求)，与外延设备托盘孔相似的衬底形状才不容易形成不规则涡流，以至于影响外延质量。 11、在不影响外延质量的前提下，衬底的可加工性尽量满足后续芯片和封装加工工艺要求。

对于当前的智能手机，SoC的重要性不言而喻。作为当前安卓阵营中最先进的平台，骁龙835在目前已经推出的旗舰机上有着：快且不热的优秀体验。从许多媒体的评价来看，骁龙835平台可以称得上近几年综合体验最为出色的一款处理器。因此，我们本期的机情观察室，就来看看骁龙835的深度性能究竟处于怎样的水平。在骁龙835之前，骁龙处理器都被称为SoC(系统级芯片)，而到了这一代则改名为“Platform”(平台)，其用意在于高通对于移动计算平台的整个布局，而非单独的CPU、GPU等电器元件。骁龙835采用三星10nm FinFETLPE工艺，当前半导体工艺能达到量产的最高水准，不过此次采用的是LPE工艺，不排除高通会在后续升级一个LPP工艺的版本，类似骁龙820/821一样。另外，根据高通官方的说法，骁龙835上采用30亿颗晶体管，逼近iPhone7上采用的A10 Fusion 33亿的数量，这也是高通处理器距离iPhone自主设计的A系列最近的一次。因此也带来了良好的使用体验。 通过这个表格，我们可以看到骁龙835采用Kryo280架构，八核心设计，最高主频为2.45GHz，小核为1.9GHz，GPU为Adreno 540，主频为710GHz，整个芯片封装尺寸减小35%。而根据高通公司的数据，骁龙835功耗降低了25%(比骁龙801降低了50%)。此外，在骁龙835平台中，还集成了双14位Spectra 180 ISP、Hexagon 690 DSP、X16 Modem。可以看到，相比于其它家的SoC，高通在SoC上覆盖到更多的计算区域，将处理器打造成智能手机的全面管家，通过“人无我有、人有我优”的概念，全面进驻到各区域。在笔者看来，这也是高通在这一代将移动处理器改名为“平台”的原因。CPU性能测试：在骁龙820上，高通首次打造出64位自研的Kryo架构，其独特的架构对于浮点IPC的运算有着非常不错的性能，但在整数IPC的运算方面则还不如ARM官方的A57架构，并且在功耗方面也并不够优秀。因此高通在骁龙835上采用全新的Kryo 280架构，尽管同名为Kryo，但此“Kryo非彼Kryo”，Kryo280并非常规升级的产物，而是采用全新架构。 简单来说，Kryo280采用八核心类似BigLittle架构，采用四颗性能大核+四颗效率小核，不过Kryo280最具特色的，还是其成为第一个采用ARM新架构之上重新设计的架构，“Built on ARM Cortex Technology”这项技术允许供应商重新根据自己的需求修改公版架构，比如厂商可以应自己需求去定制指令窗口大小以增加IPC，但类似解码器宽度或者是执行管道这种则超出了修改范围。这种半定制设计可以使得厂商能够将自己的产品与ARM公版区别开来，同时也可以省去重新开发的架构所需的时间和费用。尽管我们并不知道高通的Kryo280是基于哪个公版进行的修改，但两个CPU集群确实都是采用了半定制设计。并且高通宣称，其内存控制器也是自己设计的。 在GeekBench4的单线程整数跑分测试中，可以看到骁龙835相比前代的821基本上是六四开的赢面。尽管在整数IPC方面有所长进，但在Canny(边缘检测)、JPGE、PDF渲染方面均输给了821，有趣的是，在之前我们麒麟960的性能测试中，也是这几项输给了骁龙821，而这些整数测试的成绩大多依靠L1、L2缓存，因此ANANDTECH推测，可能Kryo280就是基于ARM A73公版半定制化。另外，骁龙835在GeekBench4其它子项目的成绩都与麒麟960比较接近，这也并非是主频或测试方法可以干预的。因此说明，即便通过BoC修改的半定制架构，可修改的幅度也比较有限。 而在GeekBench4单线程整数运算(加入频率)测试中，用上表整体整数除以频率，可以更直接的比较不同架构间的IPC。可以看到，Kryo280与A73架构成绩还是比较接近，其整数IPC比A72高出6%，比A57高出14%，不过与骁龙821相比，则高出22%。 而在浮点运算中，令我们非常意外的是Kryo280的竟然全面落后骁龙821。按笔者的猜测，Kryo的浮点运算一直是其强项，而到了Kryo280，并没有采用全自主设计，而BoC可改动的幅度又小，因此才出现了这种情况。不过可以看到，Kryo280与麒麟960的A73成绩比较相当。 在之前麒麟960测试A73时，考虑到A73的NEON执行单元与A72相比并没有改变，而降低了特殊指令的延迟，当时猜测有些测试项目受到A73解码器宽度的变化。因此，麒麟960的A73与骁龙835的Kryo280都显示出了相比A72减少了L2缓存的读/写带宽(以及较低的L1写入带宽)，这也可能对性能造成影响。 而将频率计算进去，Kryo280则悲剧的败给骁龙821 23%，不知道高通究竟是因为妥协的结果还是自己设计思路上的改变。两年前高通在研发Kryo时，就考虑到未来的新工作所需的变化，因此将更多的工作由GPU或DSP来提高效率，因此也可以接受牺牲一些浮点运算来节省面积或功耗。 内存测试方面，Kryo280、A73、A72和A57内核都有2个地址生成单元(AGU)，但A72和A57可以使用专门的AGU进行加载和储存 *** 作，Kryo280和A73的每个AGU都进行加载和储存同时进行。因此，对于A73架构，这样的策略相当于减少了内存延迟，并且增加内存带宽。 而对于Kryo280来说，相比麒麟960还甚至增加了11%，对比骁龙821和810都有所增加。但并没有A72到A73升级幅度大，因为在骁龙821的Kryo中，就已经可以做到单个AGU同时进行加载和储存，只不过之前的内存延迟更高而已。系统性能测试：▲总分 直到目前，我们可以初步认为骁龙835的Kryo280相当于一个BigLittle组合的半定制A53+A73 CPU内核，其整数与浮点运算都接近于麒麟960.而像PCMark这样系统级的测试，其中就包括了调用安卓标准的API接口来强调CPU、GPU、RAM以及NAND储存的实际工作负载。但我们都知道，手机系统的体验不仅仅取决于硬件性能，还取决于厂家对其系统的优化，包括程序的优先级以及动态电压频率调整的策略，以控制手机的发热等问题。不过这并不妨碍我们看到骁龙835的原型测试机在PCMark排名第一，超越了Mate9的麒麟960，并且比骁龙821还领先了23%。 ▲网页测试 网页测试，骁龙835的原型机表现良好，超过Mate9 10%，并且超过骁龙821 34%。不过尴尬的是采用骁龙820/821的机器全部落后于麒麟960、麒麟950，看起来还是有些悲剧。 ▲写入测试 在写入 *** 作时(包括对PDF文件的处理和加密)，内存测试以及将文件读取和写入闪存时，会在CPU的大核上有所要求。因此这个测试会产生一些多变的结果。比如乐Pro3会比S7 Edge快40%，而骁龙835则与Mate9之间差异很小，不过对比骁龙821的产品，还是体现出吊打级的优势。 ▲数据 *** 作 数据 *** 作测试中，主要测试的是整数工作负载，用于测量从多种不同文件类型中分析数据所需的时间，然后与动图表交互记录帧率。骁龙835的原型机与Mate9在此相差无几，不过也是唯二冲上5000分的，对其它821的机器又是一顿吊打。。。 ▲视频编辑测试 视频编辑测试：采用OpenGL ES 2.0着色器提供视频效果进行视频编辑测试，对系统来说属于比较轻量级的测试。在测试中，我们发现GPU基本处于空闲状态，大多数情况下都由CPU的小核心完成。因此可以看到，基本上每款产品的成绩都差不多。 ▲照片编辑测试 照片编辑测试则是采用多种照片的效果和滤镜来测试CPU和GPU，由于Adreno GPU上强大的ALU性能，骁龙835和骁龙820/821则位居前列。Adreno 540又一次吊打了Mali T系列和G71。 在Kraken 1.1测试中(使用Chrome、Safari、IE)，iPhone表现最好，不过这也并不足以证明苹果A系列芯片与安卓其它SoC之间的差异，因为它们分别采用不同的浏览器。而iPhone性能优势很大一部分来自Safari的JavaScrip引擎。 而骁龙835的原型机与其它使用Chrome的手机相比，在Kraken测试中与骁龙821的产品并没有太大差别，在JetSteam中与Mate9相近，而在WebXPRT 2015测试中，则大幅度领先骁龙820/821的产品。GPU性能测试：GPU方面，此次骁龙835采用Adreno 540，与之前骁龙821的Adreno 530架构基本相同，并且对ALU以及文件寄存器进行了一些优化，并且通过改进深度过滤器来减少每个像素的工作量，进一步提高性能和降低功耗。为此，高通官方宣称Adreno 540的3D渲染相比530提高25%，GPU的主频峰值也达到710MHz，相比Adreno 530提升了14%。 GFXBench的霸王龙测试是一款基于OpenGL ES 2.0的游戏模拟测试，我们看到骁龙835的原型机与iPhone7 Plus、Mate9都达到60帧的成绩，不过Mate9与iPhone7 Plus都为1080P屏幕，而骁龙835的原型机则是第一款达到这样成绩的2K分辨率的产品。 而在离屏(固定以1080P分辨率渲染)测试中，骁龙835的性能则超过了iPhone7 Plus与Mate 9，甚至比骁龙820提升了25%，与高通官方宣称的一致。 在GFXBench的高性能Car chase测试模拟了现代渲染管道，其中包含OpenGL ES 3.1以及安卓扩展包，主要是考验ALU性能。在这一测试中，骁龙835吃了分辨率的亏，成绩落后于一加3T以及Mate9。而当离屏状态下，则重回第一。一般来说，厂商的PPT多少都有些夸大的意味，而在GPU部分，高通则确实做到了他们PPT中所承诺的提升，甚至在离屏测试中比Mate9的Mali G71 mp8还要强大。而Mali G71则是基于ARM最新的Bifrost架构，主频甚至到了960MHz至1037MHz。 在3DMark中Sling Shot Extreme测试中，采用安卓上的OpenGL ES 3.1或iOS上的Metal，通过2K分辨率来进行渲染来强调GPU和内存的性能。在于A10、Exynos 8890,麒麟960以及骁龙820，几乎当前所有顶尖处理器在一起评比，因此骁龙835在总分测试中排名第一、图形测试中iPhone 7 Plus高10%，比820和8890版的S7高了24%，这样的成绩还是非常有意义的。 在第二个测试中强调了GPU着色器的性能，因此我们可以看到Adreno 540有了明显的提升，相比Adreno 530的S7提升34%，超过了Mate 9的G71 50%，高通在ALU以及文件寄存器上的提升看到了效果。物理测试主要是在CPU上运行，并且受SoC内存管理器随机访问的严重影响，因此尽管CPU表现接近，但骁龙835还是比Mate9快了14%。而或许是由于骁龙835的内存管理比麒麟960的内存延迟更低而带宽更宽。 Basemark ES 3.1测试模拟了安卓OpenGL ES 3.1和iOS上的Metal，包括了许多后期处理、粒子和照明效果，但不像GFXBench 4.0 Car Chase测试中的计算。 在Vulkan被加入到基准测试中之前，安卓设备大多依赖OpenGL，使得对比运行Metal的图形API的iPhone处于很大的劣势。使得骁龙835比iPhone7 Plus落后73%。而在Basemark ES 3.1测试中，ARM的Mali GPU居然超过了Adreno，Exynos 8890的Mali-T880 MP12比骁龙820的Adreno 530快15%，而麒麟960的Mali-G71MP8在屏幕测试中比S835的Adreno 540快25%。而骁龙835则比Pixel XL提升了40%。 所有的游戏模拟测试，都展现出Adreno 540优秀的ALU性能。因此我们测试骁龙835在GFXBench中合成的ALU测试，不过奇怪的是提升的微架构相比820并没有多少用。在表格中，骁龙835相比于骁龙820/821的提升都与主频对应。功耗测试：功耗方面，通过测试骁龙820以及骁龙835两款原型机，骁龙820的平均功耗为4.6W，而骁龙835则降至3.56W，功耗降低了23%。不过在实际使用中，不同用户有不同的使用场景，因此这个结论暂时也只能当做参考。总结：如今的手机SoC包含了CPU、GPU、高性能DSP、低功率DSP、ISP、Modem、固定功能模块（音频、视频解码），在这么多电器元件中，CPU，GPU和内存性能这些都很容易测试。但能导致SoC设计中有较大差异的部分，比如DSP，ISP和其他方面的测试则并不容易，而恰好，这些则是高通的强项。 在测试中，我们猜测骁龙835的Kryo280架构可以看成一个A53+A73的半定制架构，Kryo280的大核的整数与浮点IPC与麒麟960中的A73非常接近，而与骁龙821相比之下，整数运算有了明显提升，浮点运算则全面落后，但总体来说，进步大于落后。在测试中，毫无疑问，相比骁龙821，骁龙835有着更好的体验。尽管测试数据都是基于高通原型机，而在笔者实际体验量产版的骁龙835（小米6）一段时间后，感觉高通骁龙835确实有着不错的使用体验：稳定流畅且不热。而给笔者最大的感觉则是相比于骁龙820，骁龙835几乎能有“看得见般”体验的提升。对于当前性能逐渐“挤牙膏”的智能手机，此次骁龙835确实表现非常不错。

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