性能殺手锏！臺積電3nm工藝迭代，新一代手機芯片交戰

近日消息，聯發科、高通新一波5G手機旗艦芯片將于第四季推出，兩大廠新芯片都以臺積電3nm制程生產，近期進入投片階段。

在臺積電3nm制程加持之下，天璣9400的各面向性能應當會再提升，成為聯發科搶占市場的利器。高通雖尚未公布新一代旗艦芯片驍龍8 Gen 4亮相時間與細節。外界認為，該款芯片也是以臺積電3nm制程生產，并于第四季推出。

臺積電3nm實現更高晶體管密度和更低功耗

臺積電的3nm制程技術采用了先進的制造工藝，能夠實現更高的晶體管密度和更低的功耗，從而顯著提升芯片的性能和能效。

臺積電的3nm制程技術是基于FinFET技術的最后一代。它采用了高達25個極紫外線（EUV）層，部分使用雙重曝光技術，以提高邏輯和SRAM晶體管的密度。

相比前一代5nm工藝，3nm制程實現了約1.6倍的邏輯密度擴展、18%的速度提高和34%的功率降低。這些提升主要得益于FinFlex?技術的引入，該技術提供了不同鰭配置的標準單元，以實現更好的功率效率和性能優化。

FinFlex?技術允許設計者根據需求選擇不同的鰭數和閾值電壓（Vt）組合，以滿足同一芯片上的寬范圍速度和泄漏要求。這種靈活性使得設計者能夠更精確地優化電路性能。

N3：這是臺積電3nm制程的基礎版本，已經投入生產。它提供了顯著的性能和功耗改進，為多種芯片設計提供了強大的支持。

N3E：作為N3的增強版本，N3E采用19個EUV層，不依賴EUV雙重曝光技術，從而減少了制造復雜度和成本。雖然其邏輯密度略低于N3，但具有更寬的工藝窗口和更好的良率。

N3P：這是N3E的光學縮小版，通過調整光學性能來降低功耗、增強性能和密度。據臺積電稱，N3P將在相同的漏電情況下提供5%的更高速度，或在相同的速度下降低5-10%的功率，以及1.04倍的芯片密度。預計N3P將成為TSMC最受歡迎的N3節點之一，并計劃于2024年下半年推出。

N3X：專為CPU和GPU等高性能計算芯片量身定制的制程。N3X將支持約1.2V的電壓，并優先考慮性能和最大時鐘頻率。據透露，N3X將于2025年投入生產。

N3AE（Auto Early）：一種專為汽車應用的先進芯片設計的節點。它提供基于N3E的汽車工藝設計套件（PDK），并計劃于2023年推出初步版本，而完全符合汽車資格要求的版本則將于2025年發布。

由于3nm制程技術的先進性，市場需求極為旺盛。多家科技巨頭如蘋果、高通、聯發科、英偉達等已向臺積電下單訂購3nm制程的芯片，用于智能手機、數據中心、AI加速器等高端應用。

為了滿足市場需求，臺積電不斷擴增其3nm制程的產能。據報道，臺積電的3nm制程產能今年將擴增三倍，但仍供不應求。

采用臺積電3nm制程的芯片，性能大幅提升

具體都有哪些芯片采用臺積電3nm制程呢？蘋果的M4和預計中的A17據稱是采用臺積電3nm制程。M4芯片發布于2024年5月7日，將搭載在蘋果新一代iPad Pro上。M4芯片的晶體管數量達到了280億個，使用臺積電第二代3nm工藝制程，具有10個內核，包括4個性能內核和6個效率內核，兩者都帶有新版機器學習加速器。

M4配備一個全新的10核GPU，采用動態緩存功能和硬件加速的光線追蹤技術和網格著色功能，提升圖形處理性能。還集成了新的神經引擎，具備38 TOPS的運算能力，專注于加速與AI有關的工作負載。蘋果聲稱M4的CPU性能相較于M2芯片提升了高達1.5倍，并且具有卓越的每瓦性能。

蘋果計劃在2024年下半年推出的iPhone 15系列中，頂配版將搭載A17仿生芯片。A17仿生芯片預計采用臺積電最先進的3nm制程技術。相較于前代A16 Bionic芯片，A17在晶體管數量、性能、功耗等方面將有所提升。

A17仿生芯片在CPU性能上將有顯著提升。據推測，其單核性能和多核性能都將比前代A16芯片有大幅度提高。這種提升將使得iPhone 15系列在處理復雜任務和應用程序時更加流暢和快速。A17芯片在GPU方面也有所升級，預計將采用全新的架構設計，并引入更多GPU核心，以提升3D圖形渲染和游戲性能。這使得用戶在玩游戲、觀看高清視頻或進行其他圖形密集型任務時能夠獲得更好的體驗。

A17芯片內置了強大的神經網絡處理器（如神經引擎），以支持機器學習和人工智能應用。這種計算能力使得A17芯片在語音識別、圖像處理、自動駕駛、醫療診斷等多個領域都有廣泛的應用前景。A17仿生芯片將首先應用于蘋果即將推出的iPhone 15系列中。除了智能手機外，A17芯片還有可能應用于蘋果的其他產品中，如iPad、Mac等。

高通驍龍8 Gen4預計采用臺積電的第二代3nm工藝N3E，這是N3B的改進版，相較于N3B，它在功耗表現上更優，同時擁有更高的良品率和更低的生產成本。由于采用了3nm制程技術，驍龍8 Gen4相比前代在性能上將有顯著提升。更高的晶體管密度和更低的功耗將使得芯片在運行速度和續航時長上表現更佳。

驍龍8 Gen4將采用自研的Nuvia架構，不再依賴Arm的公版架構。驍龍8 Gen4預計將采用兩顆性能核心+六顆能效核心組成的八核心方案，CPU設計采用了2 Phoenix L+6 Phoenix M架構。驍龍8 Gen4作為高通旗下的旗艦級芯片，預計將成為2024年下半年高端機型的首選芯片，受到眾多手機廠商的追捧。

聯發科天璣9400采用了臺積電的第二代3nm工藝（N3E），這是聯發科旗下第一款3nm手機芯片。N3E是N3B的增強版，預計比N3B應用更廣泛，且良率更高，成本更低。這一先進的制程技術將為天璣9400帶來更高的性能、更低的功耗和更小的體積。

由于采用了3nm制程技術和先進的架構，天璣9400在性能上將有大幅度提升，能夠滿足高端智能手機和其他移動設備的性能需求。天璣9400作為聯發科2024年的旗艦級芯片，將面向高端智能手機市場，與高通驍龍等競品展開激烈競爭。

英偉達B100也是采用臺積電3nm制程技術。B100芯片在性能上實現了巨大的飛躍，其效能是前代H100芯片的四倍以上,這一提升主要得益于其先進的制程工藝和優化的架構設計。B100芯片的內存容量也比H200高了近40%，這使得它在處理大規模數據和復雜任務時更加游刃有余。

隨著B100芯片性能的大幅提升，其功耗也顯著增加，最大設計功耗達到了1000W。傳統的風冷散熱方案已經無法滿足其散熱需求。英偉達為B100芯片采用了“水冷”技術，這是轉向“液冷”技術的重要里程碑。水冷技術具有低功耗、高散熱、低噪聲等優勢，能夠有效解決B100芯片的散熱問題。B100芯片作為英偉達的新一代AI芯片，將廣泛應用于人工智能、深度學習、大數據分析等領域。

寫在最后

臺積電的3nm制程技術是當前半導體行業中最具競爭力的工藝之一，它不僅提升了芯片的性能和功耗表現，還為多樣化的市場需求提供了豐富的選擇。在臺積電3nm制程技術的加持下，蘋果、高通、聯發科、英偉達等芯片的性能也實現較大飛躍。未來，隨著技術的持續升級和產能的不斷擴增，臺積電有望在3nm制程領域取得更大的成功。