为何台积电16奈米A9处理器会胜过Samsung14奈米呢?

2024-05-20 256

最近在亚洲果迷们最沸沸扬扬的议题，非“iPhone6s 台积电与三星A9处理器的效能与续航力效能差异”莫属。网友针对台积电与三星代工的A9处理器做测试，在效能的跑分或是手机的续航力表现，16奈米的台积电A9处理器明显赢过14奈米的Samsung A9处理器(测试状况详见这里)，虽然苹果官方已表示不同代工厂出货的 A9 芯片都符合 Apple 标准，根据官方测试实际电池续航力，两者差异仅在 2-3% 之间，不过似乎无法平息亚洲地区果迷们的疑虑，香港果粉甚至已酝酿换机或退机风潮。

三星采用的是较新的14 奈米制程理论上不但在成本上占优势，效能上也会赢过台积电所使用的则是 16 奈米制程。不过，就实际使用的效能实测结果来看，不管是苹果官方认证的2-3% 之间实际电池续航力或是网友实测的近两小时差异，台积电所代工A9的处理器胜过三星代工A9处理器却是不争的事实。为何台积电16奈米A9处理器会胜过Samsung 14奈米A9处理器? 以下整理网络的相关资讯及版主个人见解，供大家参考。

图片来源: 叶问剧照

1. FinFET制程是什么?

FinFET(Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效晶体管)是新型的多重闸道 3D 晶体管，是曾任台积电技术长的柏克莱电机系教授胡正明所发明。FinFET源自于目前传统标准的晶体管—场效晶体管 (Field-effecttransistor；FET)的一项创新设计。在传统晶体管结构中，控制电流通过的闸门，只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开，属于平面的架构。在FinFET的架构中，闸门成类似鱼鳍的叉状3D架构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage)，也可以大幅缩短晶体管的闸长。

图片来源: eettaiwan

根据三星官方说法, Samsung 14nmFinFET制程在Low Vdd与Less Delay上的表现会优于台积电(TSMC) 20nm Planner。

Samsung 14nmFinFET制程与台积电16nm FinFET制程相比，三星14nm制程的晶体Die Size较小，相同良率下，成本会较占优势。Ptt网络爆料，台积电的A9芯片报价大约是22美元，三星的报价则可能低30%~50%，版主则认为三星报价可能低10~20%。不过，三星的良率因不如台积电，三星的供应量无法满足苹果大量的供给需求，两家业者目前对苹果的供应占比仍在伯仲之间。

图片来源: Chipworks

2. 为何三星的14nm会输给台积电16nm?

A. 三星半导体制程技术超越台积电的始末:

三星电子在半导体制程技术，过去曾被台积电董事长张忠谋称为“雷达上一个小点”，但三星却已在2014年12月初，开始量产14nm FinFET技术的芯片，领先台积电至少半年，震惊整个半导体产业。三星在半导体制程技术大跃进的关键与台积电研发部战将梁孟松离职转战韩国三星有密切关系(详见猎杀叛将－揭密梁孟松投效三星始末)。

梁孟松是加州大学柏克莱分校电机博士，在台积电的十七年间，战功彪炳，是台积电近五百个专利的发明人，负责或参与台积电每一世代制程的最先进技术。梁孟松的强项之一正是台积电与三星激烈竞争的FinFET技术，这与其恩师与博士指导教授，正是FinFET发明人~胡正明教授有关。由于对于调任“超越摩尔定律计划”的安排不满，梁孟松选择在2009年投奔敌营。原本三星产品技术源自IBM，在粱孟松指导协助下，三星的45nm、32nm、28nm世代，与台积电差异快速减少。

根据台积电委托外部专家制作的一份“台积电／三星／IBM产品关键制程结构分析比对报告”，三星几个关键制程特征与台积电极为类似，双方量产的FinFET产品单纯从结构分析可能分不出系来自三星公司或来自台积电公司。因此，台积电认定“梁孟松应已泄漏台积电公司之营业秘密予三星公司使用”，并提起法律诉讼。二审法院法官同意台积电的要求，“为了防止泄漏台积电的营业秘密”，梁孟松即日起到2015年12月31日止，不得以任职或其他方式为三星提供服务，梁孟松已上诉最高法院。另外一方面，台积电找回两度退休的台积电研发大阿哥蒋尚义为董事长顾问，目标能让台积电7奈米做到全世界最领先。

梁孟松

图片来源: 天下杂志

B. 三星FinFET的效能与良率为何输给台积电:

三星A9处理器不但在效能与电池续航力输给台积电，媒体报导三星与格罗方德合作A9芯片良率仅有30%，远落后于台积电。三星电子在网罗台积电前研发大将及其部属下，关键制程技术源自于台积电并领先使用更先进的制程，但为何却在实际使用的效能与良率输给台积电?

相较于台积电的芯片制程是按部就班由28nm > 20nm Planner > 16nm FinFET演进而来，三星则是由32nm/28nm Planner技术直接跳阶到14nm FinFET技术。由于半导体FinFET技术与过去2D平面技术的经验不同，FinFET无论在制程、设计、IP与电子设计自动化(EDA)工具各方面都必须经过克服众多挑战才能成熟，就结果论来看，三星似乎尚未能成熟驾驭FinFET这项新技术，尤其是良率与漏电控制上。三星虽然挖走了台积电FinFET技术的战将，但高阶主管通常只记得大方向，防漏电及改善良率的苦功则还是要仰赖基层大量、高素质且年轻的肝堆砌而来，这目前仍是台积电的强项。两家公司产品的效能的差异，以跑步来举例，三星虽然速度优于台积电，但跑起来却老是蛇行，最终还是输给直行的台积电。

不过，话虽如此，三星A9的效能仍是通过Apple的认可，不是三星A9的效能不好，而是台积电做得太好。基于成本的考量与Apple过去的风格，三星仍在A9处理器订单争夺上占了上风。虽然台积电暂时透过法律途径暂时让梁孟松无法正式在三星任职，但关键人才遭挖角导致原本技术的落差鸿沟被弥平的伤害已经造成，台积电仍将面临三星与中国很大的挑战与严酷考验。台积电如何善用蒋尚义的指导及过去数十年累积的经验与基础尽早让台积电7nm做到全世界最领先，将是台积电摆脱三星缠斗之道。