6nm工艺的微观神话，于毫厘间雕刻5G的“神笔马良”

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文经授权转载自公众号： 脑极体(ID：unity007)，作者： 藏狐

哪个小朋友没有幻想过，拥有一支《神笔马良》那样的生花妙笔，将自己的幻想纤毫毕现地还原成现实?

制造芯片的工程师，就是这样的“当代马良”。哦不，他们的任务更加艰巨，需要在日渐缩小的画布(芯片)上，建构起数亿人色彩斑斓的互联网世界。

摩尔提出摩尔定律的时候，电脑还像冰箱那样笨重。而从2013年，移动芯片的需求首次超过了PC芯片，“更轻更薄更大”的智能手机，让半导体厂商不得不开始在“画笔”(晶体管结构)、“画工”(互连技术与工艺控制)上不断自我颠覆，不断逼近摩尔定律的极限值。

2005年英特尔公司才将工艺能力从90nm提升到了65nm，而15年后的今天，10nm甚至7nm制程的集成电路芯片制造技术，已经毫无悬念。

而5G商用的全面到来，再一次对移动芯片的关键技术发出了挑战。但如果EUV光刻设备不能准备好，挑战7nm以下制程就成为一个难以逾越的坎儿。而出乎意料的是，率先打破僵局的不是市面上已经应用7nm工艺的高通、三星、联发科等厂商，而是紫光展锐。

2月26日，紫光展锐发布的新一代5G SoC芯片虎贲T7520，成为全球首个采用6nm EUV制程工艺的智能手机平台。

我们知道，在此之前的高端5G SOC芯片都还停留在7nm制程，而在率先走到6nm节点的紫光展锐，上一代计算产品则是12nm。

这种“越级上位”现象，就引发了我们的好奇。6nm所描绘出的5G会是怎样一番场景，又将给手机芯片发展趋势带来哪些触动?

6nm的“神笔”，能描绘出怎样的5G?

在回答这个问题之前，恐怕有必要先简单解释一下，这只名为EUV的6nm“神笔”，究竟有何不同之处。

摩尔定律下五十年的芯片技术发展，不断推高了人类计算机技术的水平，孕育出了移动互联网的机遇，也带来了新的限制和难题。

早在2012年，楚庆就曾说过，7纳米将成为一道工艺墙，是半导体成本曲线的关键工艺拐点。而直到2018年，大部分采用7nm技术制造厂商的良率都还没有达到理想状态。

既然如此，6nm是怎么实现的?EUV就顺势登场了。

此前的16/14nm甚至7nm时基本上都可以使用同样的制造设备——即五次图形曝光技术(FP)来实现。而要向6nm以下进发，传统工艺就有点扛不住了。

我们知道，芯片制造就像是用乐高积木盖房子，借由一层又一层的堆叠，搭建出一个复杂交错的“立体结构”。越细的刻刀自然能雕刻出更丰富的细节、更清晰的纹理。

在很长一段时间，这个复杂的建构过程，都是由193nm的光源来完成的。但5G芯片的强大功能就要求在更小的面积上集成更多的晶体管，所以波长13.5nm、接近X射线精度的极紫外光EUV就登场了。

EUV的光源只有主流光刻机的十五分之一，能够在硅片上刻下更小的沟道。有人形容，EUV的细致程度，就好像从地球上发出的手电筒光线，精准地照射到一枚月球上的硬币一样。

搞懂了EUV，就能更好地理解6nm制程的展锐5G芯片虎贲T7520，究竟改变了什么。

从实验数据来看，6nm相比7nm产品，晶体管密度提高了18%，功耗降低8%。这对于广大的5G手机用户来说，意味着三重价值：

第一，5G手机性能更高，而成本更低。

据展锐的代工厂台积电反映，6nm对于EUV的使用达到了一个更加成熟的新节点。这意味着良率更高，芯片的价格也更低。

举个简单的例子，光刻机的工作原理，是用光线照射硅片，让未受掩模遮挡部分的光刻胶发生曝光反应，这样才能将石英掩模上的电路图显影到硅片上。生产7nm芯片时，采用的ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP往往需要4次甚至更多的曝光才能完成。而EUV只需要1个光罩、1次曝光就搞定了，可以直接降低大批量生产的成本。

第二，5G手机承载的功能更多，但耗电更少。

nm(纳米)数指的是芯片上集成的晶体管大小，数字越小，单位面积内集成的就越多，彼此之间通信距离变短，功耗自然也就降低了。和手机在远离信号塔的地方总是需要搜寻信号，耗电量增大是一个道理。

这也是为什么，6nm工艺的虎贲T7520，相比上一代7nm芯片功耗降低了8%，可以为手机提供更长的续航时间。

第三，单芯片的多重能力输出。

除了追求更小的纳米数之外，融合也成为手机发展的主旋律，其中既有通讯模块的融合，也有手机功能的融合。一方面，高集成度的SOC能够直接减少芯片尺寸和 PCB的占用面积，降低设计、制造和测试产品的成本;同时，将各个单元组成一个完整的解决方案，意味着5G模块可以真地融入芯片之中，进而解决功耗过高、信号不稳定、安全风险等多重问题。

这一点在虎贲T7520身上就充分地体现了出来，与外挂式5G芯片相比，虎贲T7520功耗优势全面领先。同时还将金融级iSE安全单元集成在SOC中，比外置SE更难攻击定位，因此达到了金融级安全水平。

“神笔马良”眼中的移动AI世界

聊完了艰深的产业技术逻辑，就有必要来谈谈，除了数字变化，6nm EUV究竟能给移动智能世界打开哪些想象力与商业价值。

毕竟，普通人的5G生活不是靠计算器数着比例实现的，而是建立在形形色色的创新万花筒之上。

绘制一个色彩斑斓的移动AI世界，才应该是“神笔马良”的终极选择。

具体到虎贲T7520，有两个可能性或在酝酿之中：

一是强劲算力带来的开发潜力。

今天要在移动终端上完成高性能的AI识别、推理等任务，受限于芯片的体积与处理能力，往往需要上传到云端来完成。这一方面限制了许多应用普及的可能性，比如VR、高精度视频等等;同时也容易因为云到端的过程，导致隐私泄露、数据延迟等一系列隐患。

而紫光展锐的选择是，在高制程工艺的加持下，提供“溢出”的AI算力以供软硬件开发者享用，可以更好地支持高性能的复杂AI应用。用CEO楚庆的话来说，用户可以在“宽松的运算环境里一切都随心所欲”。

二是针对核心需求进行的精准赋能。

针对5G最大、也是最吃性能的落地场景——影像，虎贲T7520在硬件基础上，将自主研发的第六代影像引擎Vivimagic解决方案和第二代FDR ( Full Dynamic Range ) 技术架设其上，通过原生的软硬件协同，达到了出类拔萃的效果。

从数据来看，虎贲T7520最高支持120Hz的刷新率，多屏显示最高可支持4K HDR 10+，让用户在高帧率类的竞技游戏、观看5G超高清视频、AR/VR等视觉体验上获得更顺滑炫彩的效果。

如果说5G为我们画下的是一个海量智能设备与应用构筑的“大饼”，那么紫光展锐正是用前沿的软硬件技术打造出的“神笔”，将一切慢慢变为真实。

从这个角度看，5G芯片正在重新划定厂商的起跑线。每一次进步，意味着产业界面临的挑战也就越大。而能突破这一限制的厂商，自然也更清晰地彰显出优越性。

“唯规格论”的倒掉：用户需要怎样的5G?

此时，一个有趣的事情就出现了。

曾几何时，展锐(展讯)一直被冠以“追随者”的帽子，在国际半导体厂商的竞争中追随着英特尔、高通等老牌国际厂商。

但今天却江山轮转，当展锐成为全球率先突破6nm技术的5G SOC厂商时，老大哥“高通”的最新旗舰骁龙865却依然采用了外挂解决方案，苹果也放弃了自研计划在下一代iPhone 5G搭载高通x55 5G基带，发布之时豪夺多个全球第一的天玑1000也依然未能成功“破7”。

而“先锋队”紫光展锐，在抛出虎贲T7520这只“神笔”之后，却又扭头继续与合作伙伴琢磨上一代产品的商用大计，这是什么逻辑?

长期以来，我们已经习惯了以终端产品的价格来评判背后的芯片等级。这也是为什么，5G手机价格长期居高不下——因为要使用最高规格的芯片，就意味着要消费者承担金字塔顶端的价格。这也导致高端芯片成为了领头厂商的寸土必争之际，三星、联发科、高通、英特尔等强势厮杀，在5G高端旗舰性能溢出的同时，是否是时候转变思路，去追问一句，5G用户是否只有那一小部分高消费群体呢?

至少在展锐眼中，技术的成就之路并不如是。

从展锐携手海信和联通发布的5G终端可以看出，展锐的5G目标，是为大多数消费者提供最佳质价比的服务。

比如即将推出的海信F50配备的紫光展锐内芯虎贲T7510，采用的是12nm制程的应用处理器。但得益于架构和算力，在苏黎世联邦理工学院AI Benchmark上，反而超越了其他7nm制程荣登榜首。

与其搭配的5G基带芯片春藤V510，同样采用的是12nm制程工艺，支持SA/NSA双模组网方式，今年也将在数十款5G终端上发光发热。

再给大家举个例子，5G标准刚推出时，关于独立组网SA还是非独立组网NSA争论不休，其中，与4G基站协同使用的“过渡方案”NSA一度成为主流。这一趋势也吓得一众消费者持币观望，以免“交智商税”。

而展锐在推出第一代5G芯片时，就选择了支持SA和NSA双模式。只因为最先洞察到了SA核心网才能最大程度实现5G价值。所以展锐的核心团队从2018年开始，就将全部研发集中到了SA制式上。

由此，我们可以发现“展锐式研发”的两个特点：

1.尊重技术规律。在SA和NSA的判断上，展锐看到了正确的方向，这一点在国内运营商大张旗鼓推动SA的时候也得到了验证。而在半导体技术上，除了这次5G芯片在6nm EUV的突破，影像技术、全覆盖技术等等，都有直观的提升。

2.强调用户需求。在是否无止境推崇高精尖上，选择了站在绝大多数消费者的一端，不追求发布会上炸裂的“数字游戏”，而是打造最具质价比和用户价值的解决方案。

中低端市场不意味着低价低质，而是高性价比和高价值，手机用户将有着更高的品质要求，手机芯片也将呈现高技术、高性能和多样化的发展趋势，而这正是一个尚待挖掘的“利基市场”。

在设计中，展锐也充分考虑到了用户的行为习惯变化，比如当下喜欢互动的人变多，手机的上行数据比下行数据反而更高，但传统的移动通信模型一直假设下行至少是上行的至少10倍，所以习惯性地将手机发射功率比基站功率要小，试想一下发视频和弹幕而网速不给力，是不是特别恼火?

展锐就在虎贲T7520中，率先实现了全场景覆盖增强，将数据传输信号上行增加了100%，使上行跟下行信号质量一样好，让大家看直播、发视频两不误，这样的“以人为本”路线，是不是比动辄高端旗舰的“掏腰包”更能引起舒适?

ICT产业竞争的激烈和残酷，不只体现在表面的剑拔弩张，还有细水长流的落寞。2014年，博通退出手机芯片市场，更早一些，德州仪器、意法半导体、爱立信这些大名鼎鼎的巨头均在竞争中败下阵来。

而展锐等国产厂商曾是“后辈”，却相继得到了市场的认可。与其质问展锐为什么不能做高端，或许可以换一个角度思考，为什么在展锐明明有做最高端的实力，却偏偏选择了“接地气”?

大浪淘沙终显金，其中的技术逻辑和商业窗口，最终会在这位“神笔马良”的笔锋之间熠熠发光。

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