5nm芯片集体翻车，是何缘故导致？

说到一个手机，大家对它的第一个印象就是说它的一个手机芯片如果性能非常重要的话，那么给人带来的用户体验也是非常不错了。而2021年的1月22日的一个数码套的一个话题榜，就是5cm的这一个芯片进行了翻车。对于这样的一个事情，很多的网友们都感觉到非常认真，因为对于这一个5cm的一个产品，它的制作过程真的是让人感觉到非常的震惊的。

同时大家也可以感觉出来，就是说关于这个5cm它的一个相关的一个芯片的讨论，主要适用在于它的一个发热的问题。且因为大家都非常清楚的是，如果这一个手机发生了一个发热的问题的话，那么所带来的不仅仅是手机这个相当容量进行一个提升，都是他的一个手机续航能力会变差，使用感也会进行一个相应的卡顿。对于这个事情我们可以了解到真实存在一个相同的问题了。

而在这个芯片刚开始进行发布的时候，就显示出它的一个发热是比较进行一个相当的厉害，但是后面当时还是有一个关于大面积的相关的散热材料队进行一个散热优化。而我们也可以看出来。就是说这个5cm在一个芯片的发布有一点太过于快了，所以说这个优化过程还是非常的不能够经受住相映的一个考验的。根据这一个事情我们可以看出它的一个提升空间也是不算大的。

而它的一个cp优性能虽然说有所提升，但是整体来说给人感觉也是非常不好。通过我们看出来的一个相关数据，可以看出来的是它的一个性能提升，这个方面总体来说并不是很大，从配置表就没见过，可以看得出来，只是存在一个相应的替代芯片的一个方案。而也有很多的读者感觉都非常的疑惑，为什么这一个发明，选择用6毫米的一个芯片？因为他们可能是没有订到这个6毫米的芯片。所以说在这次的环境制度都能选择这一个5毫米的一个芯片，这也就是我们所能够去理解了。而对于这个现代的一个事情，我们可以看出来是在对于这一个芯片的研究还是要进行一个进一步的检验，才能够真正解决这个双关意义上的身体，这也是我们所能够去想象到和体会到的一个做法的了。所以在面对这个事情的时候，我们还是要保持一颗严谨的态度。

谁能想到，面向2021年智能手机市场推出的5nm工艺芯片居然都没能达到预期标准，实际表现让人失望。继苹果和华为之后，搭载高通5nm工艺芯片和三星猎户座5nm工艺芯片的产品陆续上市，标志着旗舰机市场正式迈入5nm时代。然而，这个看似非常先进的制程并没能带来想象中那样强大的能力。这几家芯片巨头，第一批试水产品还存在众多问题。

目前能够量产5nm的晶圆半导体厂商只有台积电和三星 ，其中苹果的A14仿生芯片和华为的海思麒麟9000、9000e芯片是由台积电代工生产；高通骁龙888芯片、三星Exyons 1080都是由三星生产的。 和7nm工艺相比，5nm在功耗、性能、工艺上本应体验更好的，但是这都要建立在技术成熟度基础上。就当前的体验而言，这些芯片似乎并没有完全发挥出应有的水准。

华为Mate 40系列搭载的海思麒麟9000芯片是安卓阵营汇第一款量产版的5nm芯片，其性能非常强大，发布会上余承东也表示比前代进步很明显。 不过，等真机开售后有用户发现麒麟9000运行大型 游戏 并不能持久高帧率模式，很快就会降频，因为功耗控制不住，所以被网友们称之为“火麒麟” 。由于当时只有苹果是竞争对手，因此也都在传麒麟9000芯片翻车的言论。

高通骁龙888芯片的发布让很多用户“狂喜”，大家都在期待它的具体表现，按理说它是要强于华为的。 但万万没想到的是，小米11搭载的这颗骁龙888芯片在功耗控制表现上和麒麟9000“半斤八两”，和骁龙865。 有多个大佬也测试过，温度确实比较高，不过后期还会有优化空间。小米11整体表现相当不错，经过后续的系统更新，相信能够释放出骁龙888芯片的强劲性能。

仅隔一天，VIVO X60系列又带来了三星Exyons 1080这颗芯片，它是全球第四款5nm工艺芯片，官方宣称性能也很强。 经过知名数码博主的测试，这颗芯片性能确实不错，但是功耗比搭载了A78架构的骁龙888还高，整体介于骁龙865和骁龙865 Plus之间 。或许是和三星的工艺有关，自家5nm EUV工艺制程还是不成熟，不过最主要的还是三星自己设计方面有些缺陷，但也已经不错了。

如此一来，锁核的麒麟9000E成为了最大的赢家。 高通骁龙888、麒麟9000以及三星猎户座1080的功耗相对来说都比较高，只有搭载海思麒麟9000e的华为Mate 40表现最为均衡，保留了5nm芯片该有的模样 。今年是华为和高通差距最小的一年，如果不是这场制裁，最快明年就能真正意义上的和高通一较高下了。可现实不允许，高通这一波都不会亏的。

很多网友表示这次错怪华为了，不过，这几款机型是刚刚发布，可能前期优化还不到位，所以有些小Bug在所难免。小米11和VIVO X60还有优化空间，等后续的其它机型测试之后再说吧，如果都是一样的结果，那就证明是真的“火龙”了。

5nm是EUV（极紫外线）光刻机能实现的目前最先进芯片制程工艺，也是智能手机厂商争抢的宣传卖点，进入2020年下半年后，苹果A14、麒麟9000、骁龙888等5nm工艺芯片相继粉墨登场。

然而，公开的信息显示，无论A14、麒麟9000，还是骁龙888，均被曝出芯片的实际功耗发热与厂商宣传的美好相差甚远，一时间，“5nm芯片集体翻车”的话题成为网络热点。

一、骁龙888功耗等于低压酷睿？

根据AI财经社的报道，5nm芯片最让人诟病的，是性能虽然有所提升，但功耗却比7nm的明显增加，这其中表现最差的就是骁龙888，被调侃为“火龙888”。

数码评测媒体极客湾对骁龙888、骁龙865、骁龙855测试的功耗数据表明，单核功耗上，骁龙865最低，为2.3瓦，其次是骁龙855的2.4瓦，骁龙888最高，达3.3瓦，相比骁龙865高了1瓦，高出幅度达43.5%。多核功耗方面，最低的依然是骁龙865，为5.9瓦，其次是骁龙855的6.1瓦，骁龙888依然落在最后，功耗高达7.8瓦，是骁龙865的1.32倍。具体见下图。

骁龙888多核功耗高达7.8瓦是个什么概念？英特尔第11代低压酷睿i7处理器的功耗在7——15瓦，可用于超轻轻薄笔记本电脑（在无风扇散热时，功耗锁定为7瓦）。也就是说，骁龙888的多核功耗已经相当于一颗第11代低压酷睿i7处理器，但需要明确的是，低压酷睿i7处理器采用的是10nm工艺制程，落后台积电、三星的5nm不少。

英特尔处理器采用复杂指令集，理论上相比采用精简指令集的骁龙888更为耗电，但骁龙888在占据工艺先进至少一代的优势下，功耗竟然相当于英特尔低压酷睿。不知道英特尔看到这里会是什么心情。

骁龙888功耗猛增，最直观的体验就是，手机如果运行较大型的游戏，发热就比较明显。极客湾的数据表明，在某款游戏的测试中，玩了20分钟后，小米11背面温度达到了48℃，而搭载骁龙865的小米10在相同的测试环境下，温控表现更好只有41℃。

爱范儿对搭载A14芯片的iPhone12运行《原神》游戏测试表明，20分钟后，手机背面最高温度达到47℃，接近小米11。

5nm的芯片在制程工艺上更先进，为何功耗表现却落后于7nm的芯片？答案是和芯片内部的晶体管漏电有直接关系。

二、为何晶体管漏电是元凶？

A14、骁龙和麒麟等手机SoC芯片属于数字集成电路，而随着制造工艺的不断进步，集成电路的功耗越来越复杂，但总体可分为电路逻辑状态转换产生的动态功耗，以及CMOS晶体管各种泄露电流产生的静态功耗（又称漏电流功耗）。

在芯片进入深亚微米工艺时代之前，动态功耗一直是芯片设计关注的焦点，但在进入深亚微米工艺时代之后，动态功耗在总功耗中的比例越来越小，静态功耗的比例则越来越大。

当芯片制造工艺进入纳米时代后，漏电流功耗对整个功耗的影响已经变得非常显著。有研究表明，在90nm工艺的电路中，静态功耗可以占到总功耗的40%以上。

究其原因，是因为集成电路每一代制造工艺的进步，都是以缩短CMOS晶体管的沟道长度为目标，7nm工艺指的就是指沟道长度。沟道长度不断缩短，使得电源电压、阈值电压、栅极氧化层厚度等工艺参数也在不断地按比例缩小，直接导致短沟道效应（SCE）、栅极隧穿电流、结反偏隧穿电流等漏电流机制越来越显著，表现为芯片漏电流功耗不断上升。

有研究表明，当晶体管的沟道长度从130nm缩短到90nm时，即缩小30.77%，漏电流功耗上升大约39.25%，但缩短到45nm，即缩小65.4%时，漏电流功耗上升大约273.28%（具体见下图）。

也就是说，漏电流功耗和缩小的沟道长度之间不是简单的比例关系，即使沟道长度缩短一点，漏电流功耗也会有一个数量级的增长，而且随着沟道长度越来越短，漏电流功耗增长越来越快。

如果复盘芯片制造历史，会发现漏电流功耗曾长期困扰英特尔、三星和台积电等制造大厂。

三、台积电为何被称台漏电？

长期以来，芯片制造大厂一直在和漏电流功耗作斗争，每有进展，都是值得大书特书的新闻，比如英特尔。

相反，台积电2010年刚推出28nm工艺制程时，由于技术不成熟，漏电流功耗高，导致芯片的功耗大到难以接受，被市场调侃为“台漏电。”有长达6年时间，都摘不掉这顶帽子。

在当时，如何压制漏电流功耗几乎可以决定芯片工艺制程赛道上选手的身位。彼时，英特尔还是制造技术大拿，率先通过Gate-last技术压制了漏电流功耗，台积电则走了一些弯路，沿用IBM的Gate-first 技术，但效果不佳，在28nm上栽了跟斗，后在蒋尚义的主导下，改走英特尔Gate-last技术路线，才算解决漏电流功耗过高难题。

2011年第4季度，历经波折后，台积电终于量产成熟可靠的28nm制程。三星本来在32纳米制程也采用Gate-first 技术，但后来在28 纳米制程时，快速切换到Gate-Last 路线，之后的14纳米也基于Gate-Last。

梁孟松

据说，三星是通过台积电“叛将”梁孟松解决漏电流功耗问题，成功缩短与台积电的工艺差距。结果引发台积电起诉梁孟松，迫使后者离开三星半导体，辗转到中芯国际。

由此可见，压制晶体管漏电流功耗有多重要。

四、为何老迈的技术不退休？

台积电、三星和英特尔之所以能压制漏电流功耗问题，主要原因是采用了创新的鳍式场效应晶体管（简称FinFET，见附图），以替代传统的平面式晶体管。但由加州大学伯克利分校胡正明教授发明的鳍式场效应晶体管（FinFET），通过局部技术改良，从28nm工艺制程一直沿用至今，可谓发挥到了极限。随着制程工艺进入EUV时代，漏电流功耗重新成为挑战。

在7nm时，老迈的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术就应该谢幕了，由环绕栅极晶体管（GAAFET）接替。但由于技术风险和成本压力，大厂们在5nm时代仍不得不使用老迈的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术，结果就是如前文所述，5nm的芯片漏电流功耗飙涨，在功耗上集体翻车，几乎消耗掉制程工艺进步的红利。也可以看出，芯片制造技术每往前跨一步，其实都极为不易。

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