从手机到汽车全球缺芯愈演愈烈，5nm芯片翻车牵扯哪些技术极限？

从手机到汽车如今全球“缺芯”问题正愈演愈烈，也给相关制造厂商带来越来越大的压力。继上周福特被迫关闭肯塔基州的一家SUV工厂后，周一福特一家德国工厂也被停产一个月。面对芯片供应难题，短期内相关制造厂商们也并没有太多解决方案。

摩尔定律就像芯片界的一条皮鞭，终年都抽着台积电、英特尔、三星等芯片厂商前进，每隔18个月，他们要在同样面积的芯片上多放一倍的晶体管，性能提升一倍。乍看上去，这真是一个流氓定律，但企业的伟大之处，在于总想着战胜流氓定律，正如台积电的经营理念是：宁可天下人负我，我不负天下人，三星的芯片业务亏损10年，才开始赚钱。

显然，能满足流氓定律的企业都有着“极致”追求，无论是实际的利润，还是江湖地位都是无与伦比的。但专家们每年都会例行预测：摩尔定律就要失效。只是因台积电、三星的极限坚持，把专家的脸打得生疼，以至于，5nm芯片出现功耗问题，会带来莫名的兴奋感。越来越多的人真切地感受到：摩尔定律可能真要失效了。据媒体报道，搭载5nm芯片的手机，大都出现了功耗问题，包括iPhone12、荣耀以及小米等等，有一些手机啥也不做，电量直接丢掉40%，而有一些手机运行大型游戏之后，表面温度达到48摄氏度。

5nm芯片遭到集体吐槽和抱怨，已经是不争的事实，这不是某一个制造商或者品牌的问题，而是电子产业链技术的极限问题。毫无疑问，这种抱怨不会影响台积电、三星的订单，毕竟，全世界都处在“缺芯”的状态，况且，5nm芯片已把技术再推向新极限。

集体抱怨，5nm芯片到底怎么了？

如前文所述，众多手机都搭载了5nm芯片，也集体遭遇吐槽和抱怨，但消费者依旧购买，毕竟，只有最好的品牌才会乐于自我挑战，有些抱怨，不小心翻车也不会伤筋动骨。最早商用的5nm芯片应该是iPhone12的A14仿生芯片，这款芯片晶体管达到118亿个，而人类大脑内的神经元大概是140亿个，也就是说，如果能配合更先进的算法、学习功能和海量的数据，手机CUP芯片是有机会模拟人类大脑的。只是现阶段A14芯片只用来提高CPU性能、图形性能，更尴尬的是，A14芯片没有处理好功耗问题，有一些用户反映，在关掉所有后台程序之后，iPhone12待机一夜，电量就丢掉约40%。当然，因苹果一向不妥协于iPhone的厚度，甚至逐渐变薄，以至于，电池问题长期存在。

除了A14芯片以外，华为的麒麟芯片也出现了类似问题，不仅功耗较高，而且在运行一些大型游戏时，不能持续保持高帧模式，用户体验相当之差；而小米手机搭载的骁龙888处理器则因功耗太大，导致机身表面温度达到48摄氏度，就像刚蒸熟的米糕。

这些应该只是在个别时段，个别场景下的表现，需要专业的评测才能定性，但5nm芯片出事儿，牵扯到设计、制造、检验等多个环节。消费者虽然不懂如何设计、制造芯片，但大家吐槽的才华还是非常惊艳，戏称：新苹果蔫坏，麒麟芯片简直就是火麒麟，而背后的代工商台积电也不能幸免，被人称作“台漏电”。显然，能祭出台漏电称号的消费者，一定是个行家，他要清楚芯片功耗来源于两部分，一种是动态功耗，指的是电路状态变化时产生的功耗，初中物理公式P＝UI可以协助理解，动态功耗会受到电压和电流影响；另一种是静态功耗，也即每个晶体管泄漏电流产生的功耗，尽管每个晶体管产生的漏电流很小，但手机芯片动辄上百亿个晶体管，累积起来非常可观。而5nm芯片最大的卖点就是：单位面积的晶体管数量又创新高，晶体管间的间距更小，隐患则是功耗更高。

技术极限，如何正面看待5nm芯片翻车？

所谓的5nm芯片集体翻车，只是一种茶余饭后的消遣吐槽，对于芯片行业没有实质性的影响，甚至对于苹果、华为、小米的手机销量都不会有重大影响，否则，iPhone12不会一直热卖，甚至要求代工厂春节都不要休息。事实上，无论是苹果、华为、高通等芯片设计者，还是台积电、三星等尖端制造商，在开发5nm芯片时都含有一些“自虐”和“赌博”的成分，大家都需要率先推出性能更好的芯片，或者试验更先进的制造流程。如果效果良好，巨头们就会利用“时间差”赚得盆满钵满，逐渐形成飞轮效应和正循环；如果效果不好，也权当积累经验，对于未来的改进也是大有裨益的。

芯片制造链中，最重要的环节有三大块，首先是设计EDA验证，每一次试验都需要花费数十亿，再有就是材料的纯度要达到99.99999999999%，最后，还需要最先进的EUV极紫外线光刻机，它所能达到的最小距离就是5nm，可以看出，芯片产业链最核心的环节几乎都有常人难以理解的“技术极限”，这还没有包括芯片制造工艺需要上千步工艺流程，设备维护需要2000人，产线调试需要三年等令人咋舌的数字。显然，目前最先进、最拉风的5nm芯片，势必又再把这些技术极限推进到更高的境界。比如为了降低静态功耗，台积电早就采用Gate-Last技术，而晶体管又分FinFET和GAAFET两种，当晶体管线路间的距离缩小到5nm时，GAAFET在功耗上会有明显的优势。总而言之，新技术、新材料、新工艺都是取之不尽的资源，只是商用芯片要一直同现实利益做平衡。本次5nm芯片翻车的事儿，其实和商业利益平衡有着很大关系，基于此，我们有理由相信：摩尔定律短期内不会失效。

面对5nm芯片翻车的事儿，中国专家又开始憧憬弯道超车的事儿，认为要在14nm层面稳扎稳打地前进，保持成功率，降低消费者抱怨。这简直就是浅薄之谈，有些人经常失败，正如5nm芯片翻车，那是因为他们一直在挑战极限；有些人常年保持成功，那是因为他们总停留在“安全区”，相比于14nm的成功，我们更尊敬5nm的翻车。（科技新发现 康斯坦丁/文）