解密英特尔、台积电、三星14/16纳米的区别

近日合作媒体《天下杂志》一篇〈台积电真的超越英特尔?大客户这样吐槽……〉讨论台积电、三星的技术节点数字恐怕做过美化的问题引起不小的关注，这样的问题其实在先前即为半导体业界所持续论战，并在苹果A9芯片门事件，iPhone 6s A9处理器分由台积电、三星代工时讨论来到最高峰，以实际情况而言，台积电、三星制程技术真的跟英特尔差很大?

半导体三雄纳米制程到底在争什么?

台积电、三星与英特尔的先进制程竞赛打得火热，在目前14/16 纳米之后，制程战一路来到了10 纳米。这些数字背后的意义其实指的是「线宽」，精确一点而言，就是金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)的闸极长度(Gate Length)。

场效电晶体用闸极来控制电流的通过与否，以代表0 或1 的数位讯号，也是整个结构中最细微、复杂的关键，当闸极可以缩小，电晶体体积也能跟着缩小，一来切换速度得以提升，每个芯片能塞入更多电晶体或缩小芯片体积;再者，当闸极长度愈小，闸极下方电子通道愈窄，之间的转换效率提升、能量的耗损也能降低，收减少耗电量之效，但当闸极太薄，源极与汲极距离愈靠近，电子也可能不小心偷溜过去产生漏电流，加以也有推动力不足的问题，这也是为何制程微缩难度愈来愈高;台积、英特尔与三星群雄间争的你死我活的原因。

(Source：Hightech科技台湾)

三者14/16 制程节点数字都灌水?

包含半导体芯片和系统还原工程与分析厂商ChipWorks、Techinsights 与半导体分析厂商Linley Group 都对台积电、三星、英特尔16/14 纳米做过比较。

从Linley Group 与Techinsights 实际分析的结果，包含英特尔、台积电与三星在14/16 纳米实际线宽其实都没达到其所称的制程数字，根据两者的数据，台积电16 纳米制程实际测量最小线宽是33 纳米，16 纳米FinFET Plus 线宽则为30 纳米，三星第一代14 纳米是30 纳米，14 纳米FinFET 是20 纳米，英特尔14 纳米制程在两家机构测量结果分别为20 纳米跟24 纳米。

(Source：Linley Group)

(Source：Techinsights)

英特尔技术真的依然狠甩台积、三星?

调研The Linley Group 创办人暨首席分析师Linley Gwennap，在2016 年3 月接受半导体专业期刊EETimes 采访时，也透露了晶圆代工厂间制程的魔幻数字秘密，Gwennap 指出，传统表示制程节点的测量标准是看闸极长度，但在行销的努力下，节点名称不再与实际闸极长度相符合，不过，差距也不会太大，Gwennap 即言，三星的14 纳米约略等于英特尔的20 纳米。Gwennap 认为，台积电与三星目前的制程节点仍落后于英特尔，以三星而言，14 纳米制程称作17 纳米会较佳，而台积电16 制程其实差不多是19 纳米。

但美国知名财经部落格The Motley Fool 技术专栏作家Ashraf Eassa 从电子显微镜图来看，认为英特尔、三星甚至台积电在三者14/16 纳米制程差距或许不大。Ashraf Eassa 对比英特尔14 与22 纳米，以及三星14 纳米的电子显微镜图，其指出，英特尔14 纳米侧壁的斜率要比22 纳米垂直，根据官方的说法，这能使英特尔的散热鳍片(fin)更高更瘦，以提升效能。

(Source：The Motley Fool)

而三星14 纳米制程电子显微镜图相较起来，和英特尔14 纳米制程还比较相近，加以Ashraf Eassa 用台积电宣称16 纳米FinFET Plus 能比三星最佳的14 纳米技术在相同功率下，效能能比三星提升10% 来推测，台积电16 纳米FinFET Plus 的晶体管结构应与三星相差不远，甚至鳍片(fin)会更加细长。

(Source：The Motley Fool)

然而，线宽并非衡量半导体制程的唯一条件，也并非半导体厂技术能力的唯一评定标准。

就像调研International Business Strategies(IBS)创办人暨执行长Handel Jones 所言，没有一项单一的测量方式就能评定技术的效能、功耗以及电晶体密度。Jones 进一步指出， M1 金属层间距是重要的，但局部互连(local interconnect)也可能影响芯片闸的密度与效能，闸极间距对闸极密度重要，但散热鳍片(fin)对性能影响同样甚巨。

另外，耗电量的不只是闸极长度而已，包括：材料种类、元件结构、制程品质等等都会有影响。也因此，分析师们对英特尔、台积电、三星制程技术孰优孰劣仍是莫衷一是。Gwennap认为，如同14纳米制程，英特尔10纳米制程同样会优于台积电和三星;Jones觉得英特尔与台积电到了10纳米制程效能应能旗鼓相当;VLSI Research执行长G. Dan Hutcheson则语带保留指出，台积电10纳米将大幅超越英特尔14纳米节点，但其也称英特尔14纳米节点目前维持了两年，台积电已发展到10纳米与7纳米计画，正以比其他厂商都还要快的速度在前进。

从几位分析师的说法，可以看出英特尔在技术上仍有所领先，但领先的幅度已慢慢缩小，而对客户而言，看的更不仅仅是技术领先与否，包含良率、耗电量等因素都在考量范围之内，而非只有制程一项因素而已。如果光从数字就可评断，那在先前苹果A9 芯片门事件也不会因此而闹得沸沸扬扬了，毕竟三星的制程数字是优于台积电。