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2020年09月02日 | 智能手机处理器趋势和工艺差异已降到7nm
2020-09-02 来源：EEWORLD
本文比较了不同公司的智能手机处理器和fab流程，但随着信息内容的增长，我不得不把它写进了一篇文章。在这里，由于信息的可用性，苹果、华为和三星的Exynos处理器将获得最多的覆盖，但一些高通Snapdragon处理器也将被包括在一些比较中。
工艺过程
这里比较的处理器将由三星和台积电生产，从14/16nm到7nm EUV版本。
比什么
模宽和模高将在每个不同公司的处理器之间进行比较。晶体管密度数据(仅对某些处理器可用)将用于进程比较。
智能手机处理器芯片尺寸
在图1中，分别绘制了三星、华为和苹果的智能手机处理器与使用的不同工艺的模具尺寸趋势。
三星(左)、华为(中)和苹果(右)的模具尺寸趋势和工艺
对于三星来说，7LPP的引入可以降低模具高度。然而，出乎意料的是，它的91.83 mm2的面积并不是这里所考虑的所有处理器中最小的die面积。在7nm处理器中，占地面积最小的是骁龙855 (73.3 mm2)，采用台积电原来的7nm工艺制造。Snapdragon 835更小，只有72.3 mm2，但采用了三星10nm (LPE)工艺，晶体管密度更低。另一款7nm EUV处理器是在台积电生产的华为麒麟9905g，它也扩大了芯片尺寸(113.3 mm2)，但这可以归因于处理器的新特性。
模具宽度不会随着先进工艺的发展而下降。这将是使用EUV时需要考虑的问题，稍后将对此进行详细讨论。随着单元格轨迹高度的缩小，光照旋转的影响将变得更加明显。
晶体管密度
图2显示了华为和苹果处理器在进程和晶体管密度的比较。
比较让我们以外的是，来自于TSMC的7nm EUV工艺并没有提供最高的晶体管密度。在显示的麒麟处理器中，麒麟980的密度最高(93.1 MTr/mm2)，高于麒麟990 5G的90.9 MTr/mm2。另一款超过这一价格的处理器是骁龙855，为91.4 MTr/mm2。
到目前为止，TSMC的第一个7nm制程实现了密度最高和最小的模具尺寸。台积电7nm制程实际上比三星7nm EUV制程(243 nm)[3]拥有更短的高密度轨道高度(240 nm)。Exynos 990实际上使用了高性能的轨道高度，即270纳米。这些实际上抵消了更小的金属间距的潜在好处。
到5nm时，轨道高度预计会降低，特别是在6-track 单元可用的情况下。
轨道高度降低对EUV的影响
三星的7nm EUV工艺提供了270 nm(7.5轨)和243 nm(6.75轨)的单元高度。这个过程的5纳米延续也提供了一个216纳米(6轨)单元高度。这一过程被认为是一种延续，因为最小金属间距保持在36纳米。最小金属间距对EUV过程有很大的影响，因为它设置了一个首选的照明角度(确切地说，其正弦= 0.1875)。然而，这个照明角度会在离中心13毫米处的模具上旋转18.2度。由于在图1中显示的三星Exynos处理器的模宽一直在10.7毫米附近，我们应该考虑芯片边缘相对于中心的最大旋转7.5度(=18.2度x 5.35 mm/13 mm)的影响。
三星Exynos处理器的模宽约为10.7 mm，我们应该考虑芯片边缘相对于中心的最大旋转7.5度(=18.2度x 5.35 mm/13 mm)的影响。对于36nm节距本身影响并不大，但对于真实节距的轨道高度影响更大。随着节距的增大，轨道高度增大，衍射级次谱更复杂。第0阶和第1阶的相位差通常不受x方向入射角“阴影”的显著影响，但旋转改变了这一点(图3)。
对于243nm(顶部)和216nm(底部)的轨道高度，7.5度的光照旋转的影响。对于旋转的情况，离焦会产生较大范围的跨瞳孔的相位误差。因此，在模边的图像更容易失焦。
在6或6.75轨道单元中的线将更容易在模切边缘失焦。不仅随着最小金属间距减小，而且随着轨道高度减小，这种影响更为严重。
在未来会发生什么
鉴于华为从台积电的供应已被中断，它可能将依赖于中国的一家新的代工供应商，比如中芯国际。它可能尝试首先复制麒麟980在国内的成功例子，因为中国大陆还没有达到“7nm”阶段。与此同时，苹果和高通与台积电在7nm ' P '工艺上的合作继续取得成功。
随着Exynos处理器系列的欢迎度有所下降，Exynos处理器设计可能会被替换为非定制的ARM核心设计;这是否能重振内部处理器设计还有待观察。除此之外，三星手机仍只能独家使用高通骁龙处理器。
参考文献
处理器模具尺寸和晶体管密度信息来自：Techinsights (Exynos 8895, Exynos 9810, Exynos 990, A13，麒麟990 5G, Snapdragon 835, Snapdragon 865)， Anandtech (A9, A10X，麒麟960，麒麟980)，Chiprebel (Exynos 9820, A11)， Wikichip (A12，麒麟970，麒麟990 4G, Snapdragon 855)。
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