3nm 難產

準備擠牙膏

出道即巔峰，幾乎就是蘋果 M 芯片的真實寫照。

打破常規的蘋果 UltraFusion 架構

以往來說，MacBook 主打的是優雅設計和 macOS 生態優勢，而開始轉向 M 芯片之后，MacBook 最大的特色就逐步變成了自研芯片。

發布會上，對于新款 MacBook，關注重點也從設計、制造工藝和跨平臺生態中，逐步轉向新芯片有著如何的提升。

不過，在 M1 系列的高光之下，今年的 M2 芯片卻黯淡了許多。

這其中可能是由于期待值過高帶來的反差，但主要的原因還是在于采用了與 M1 相同的臺積電 5nm 工藝制程。

縱使蘋果坐擁 Arm 芯片最強設計團隊，也無法擺脫物理限制。

在 M2 內采用了與 A15 中類似的 Avalanche 性能核心和 Blizzard 能效核心，且 M2 增加了核心數、芯片面積和總晶體管數。

一通操作下來，M2 相對于 M1 有著 18% CPU 和 35% GPU 的性能提升。

從數字上來看，似乎算是升級較為明顯的迭代，只是在實際之中，搭載 M2 的產品卻出現了許多問題（SSD 降速、降頻、核心過熱），不如同期的 M1 產品。

其實在 M2 發布之前，就傳出臺積電正在努力試產第一代 3nm 工藝芯片，蘋果也將會是第一批客戶。

隨著 5nm M2 的落地，DigiTimes 就報道蘋果已經包下臺積電 3nm 芯片所有的產能，不僅是為了 M3 芯片，也會用于 M2 Pro、M2 Max 芯片的生產。

如此來說，在 3nm 工藝之下，M2 Pro、M2 Max 將會有著明顯的能效提升，遠超 M2 芯片。在一代芯片內采用不同的工藝，在業內也實屬罕見。

成本太高，沒人下單，臺積電放棄 N3 工藝制程

對于 3nm 芯片，不光是蘋果，Intel、AMD、英偉達都在排隊等臺積電 3nm 產能，供不應求。

負責生產 3nm 芯片的晶圓十八廠 圖片來自：臺積電

而臺積電也如期試產出 3nm 芯片，并達到相應的投產良率。只不過，近日有消息人士稱，臺積電內部已經決定放棄 N3 工藝。

從積極投產到放棄的 180° 大轉彎的根本原因其實也挺簡單，就是生產成本太高，高到蘋果都不愿意用。

且，臺積電 N3 工藝相對于 N5 工藝，性能有著 1015% 的提升，功耗降低 25%30%，與過高的投入有些不相稱。

按照臺積電的規劃，3nm 節點共有 N3、N3E、N3P、N3X 四種工藝，可以理解為 3nm 節點內有四代制造工藝，逐代的性能、晶體管數和成熟度都有著提升。

在放棄 N3，也就是第一代 3nm 工藝后，臺積電也開始著手準備更具性價比和成熟度的 N3E 二代工藝。

能效比相對于 N5 工藝來說有著更明顯的提升，只不過量產時間可能延后至 2023 年下半年。

這也意味著原本計劃在今年發布的 M2 Pro 和 M2 Max 芯片依然會采用與 M2 相同的 5nm 工藝。

再加上不變的 MacBook Pro 設計，其升級迭代策略就十分像英特爾此前的「鐘擺（Tick-Tock）升級理論」。

三星自認在 3nm 上占據先機

在高端芯片代工上，能與臺積電直接競爭的目前也只有三星了。在即將到來的 3nm 工藝節點爭奪上，三星一方面戰略性放棄 5nm，另一方面便斥巨資建廠建產線堆產能。

并在 7 月份，對外宣布三星半導體已經完成 3nm 芯片的量產和出貨。

只不過，三星近兩年在芯片代工上頻頻翻車，曾經的大客戶高通、AMD、英偉達都已把新訂單交由臺積電，似乎并沒有擁有足夠財力的客戶來定制 3nm 芯片。

外媒在查詢出貨名單時，只查到了一家名為上海磐矽的半導體公司，該公司主營業務為虛擬貨幣挖礦機芯片設計，規模有限。

加上現在虛擬貨幣市場不景氣，很難說三星獲得了多少訂單。

另一方面，曾經的老客戶高通在獲知 3nm 投產之后，并未著急投片，而是采取了觀望的態度。

出貨量并不多，也被外界猜測三星這次的 3nm 芯片量產更像是一個「營銷手段」，也不排除用的是試產芯片充當量產。

三星 3nm 主要得靠 Exynos 出貨了

接連失去大客戶的三星半導體，目前也僅剩 Exynos 芯片部門一個大客戶。只是近來 Exynos 芯片縱使拉上了 AMD 仍然出師不利，也放出消息暫緩 3nm 芯片的投片，最快也要等到 2024 年第二代 3nm 工藝量產之后。

除了 Exynos 芯片部門，Google 的 Tensor 自研芯片也繼續交由三星半導體代工，預計在 Tenor 3 上采用三星 3nm 工藝，時間定在 2023 年下半年，與臺積電 N3E 量產時間相差不大。

不過，Google 的 Pixel 系列并非是智能手機市場的出貨大戶，去年年底僅占去了 3% 的全球份額，與高通相差甚遠。

按照三星的說法，在 3nm 量產上的確占得了先機，但在后續代工芯片的出貨量上，仍然不夠明朗。

嗅到了一股移動芯片的牙膏味

對于當下的高端移動芯片來說，先進的工藝制程已經成為它們能效增長的一大因素。

原本預計今年年底量產出貨的 3nm 芯片，由于成本過高而延后，可能會引起高端移動芯片的增長瓶頸。

圖片來自：computerworld

4nm、5nm 依然會成為近年來高端芯片的主流制造工藝，其能效比可能無法達到此前革新換代而帶來的大跨步。

而后續即便按照原計劃 2023 年底量產 3nm，成本考量上也很難回到此前的狀態。

臺積電總裁魏哲家 圖片來自：anandtech

臺積電總裁魏哲家在科技座談會上表示「高端、全球化供應系統時代已經過去」，由于許多國家都在爭相在國內建廠，后續的生產成本也會水漲船高，「包括通貨膨脹，芯片成本正在迅速上升。」

臺積電的第一代 3nm 芯片成本居高不下，或許與此原因有關。

另外，按照臺積電的規劃，2025 年會試產 N2 工藝，愈發接近于工藝制程的物理極限。

并且隨著先進工藝制程的推進，晶體管密度的提升，也帶來了積熱問題，此時像蘋果 M 一樣瘋狂堆積核心增加芯片面積并非是可行之道。

昨天 AMD 如期對外公布了 Zen4 架構，生產工藝從 7nm 升級到 5nm 后，芯片面積縮小 12%，晶體管數卻增加了 58%。

相應的銳龍 7000 系處理器也相較于前代有著較為明顯的提升，尤其是在多核表現上。

去除頂蓋的 Ryzen 9 7950X，由三枚小芯片組成，上面兩個為 Zen4 核心 圖片來自：cnet

早在此前的文章中，我也表示 AMD 的 chiplet（小芯片）技術相對來說有著更「光明」的未來，芯片不會完全被代工廠工藝制程所鉗制，有著更靈活的升級方式。

而在 3nm 工藝制程量產疑云之下，廠商的芯片設計可能也需要提前布局新的架構以避免遇到能效瓶頸。