7納米之“爭”：技術概念尚待厘清

近日，一則內容為“全球首個7納米（nm）量產芯片在嘉楠耘智誕生”的消息引發了大量關注與熱議，文中“領先世界”“彎道超車”等抓人眼球的字眼更是引起半導體行業內人士的質疑。

發布“全球首款7nm量產芯片”的“嘉楠耘智”系一家比特幣礦機廠商（全稱為“杭州嘉楠耘智信息科技有限公司”），該廠商對其發布的芯片并沒有披露具體的量產數字（一般認為每月數萬片的規模可視為“量產”）。結合芯片代工廠臺灣積體電路制造股份有限公司（即“臺積電”）此前不久剛剛宣布將在2018年下半年量產7nm芯片，不少受訪業內人士認為嘉楠耘智此舉有蹭熱點之嫌，其目的或是借機為其赴港IPO造勢。

“全球首款”系一家之言

就當前的半導體生產工藝而言，“7納米”代表著最新一代同時也是最先進的芯片工藝制程。英特爾聯合創始人戈登·摩爾在半世紀前提出的摩爾定律，預言了每代制程工藝都要讓芯片上的晶體管數量翻一番，同時制程工藝都是按前一代制程工藝縮小約0.7倍來對新制程節點命名——芯片工藝制程接連出現了65nm、45nm、32nm、28nm——每一代制程節點都能在給定面積上，容納比前一代多一倍的晶體管，相應的，芯片性能也隨之提升。

記者了解到，目前幾大代工廠中只有臺積電宣布將于今年下半年量產7nm工藝制程芯片。雖為“代工廠”，但在嚴重依賴芯片性能的比特幣礦機行業中，上游代工廠有著最大的話語權。原因在于，在新工藝技術的初期，上游代工廠先進產能受限，而要提升產能，往往需要大量資金和時間投入，這決定了代工廠的新產能擴充非常緩慢。

比特幣礦機供應商一般采用無晶圓廠模式。即只專注于礦機芯片的設計，而將芯片的生產、測試、封裝交由第三方代工。嘉楠耘智即為芯片設計者的角色，其代工廠為臺積電。不過，據國盛證券在今年7月發布的一篇深度分析文件中披露，嘉楠耘智只是臺積電7nm芯片產線上的一個小客戶，蘋果、高通、華為、英偉達乃至比特大陸等至少10家芯片設計方都在盯著臺積電的7nm工藝。而據外媒Digitimes的報道，在臺積電6月21日的技術研討會上，CEO魏哲家表示，可商用的7nm制程芯片生產已經開始，不出意外的話，“臺積電現在主要生產的芯片應該是蘋果的A12”。

截至目前，除嘉楠耘智外，并沒有哪家芯片廠商包括代工廠臺積電就7nm芯片“已經量產”發布相關信息。《中國科學報》記者致電臺積電公開新聞發言人，被告知“公司紀律不得披露客戶具體信息”，并未直接對嘉楠耘智的說法進行回應。不過，該發言人同時表示業內并未有對“量產”一詞的統一定義和標準，但臺積電一般認為的量產規模是每月至少數萬片的出貨量。

7納米工藝不能一概而論

根據嘉楠耘智官方披露的信息，其向臺積電投產的7nm芯片型號為“A3206”。根據其發布的該芯片將用于礦機“阿瓦隆”A9系列可推斷，A3206系集成度相對簡單的ASIC芯片。

記者查閱資料得知，比特幣礦機芯片的發展經歷了從CPU、GPU、FPGA到ASIC的四個過程。在這個過程中，提供算力的芯片從通用型逐漸轉向了挖礦專用型。ASIC芯片即為專門目的而設計的集成電路，它的特點是面向特定算法需求，在批量生產時與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、單位成本更低的優勢。

同時，為了獲得最優的性能，ASIC礦機芯片的設計、制造一直走在芯片行業的前沿。但正如前述所言，ASIC芯片既不是“超算芯片”，更不是通用芯片，它能在7nm工藝制程上取得成功，并不代表其他芯片（如桌面CPU或GPU等）也能一蹴而就。

“從產品的生產環節來講，ASIC芯片7nm和其他芯片7nm沒有什么區別，不過CPU用的一些IP和（模塊）庫對性能和面積、功耗要求會更高一些。”天津飛騰信息技術有限公司戰略規劃部總經理張承義對《中國科學報》記者說。不過他補充道：“但不排除礦機的芯片也對某些模塊要求比較高，我不太了解礦機芯片。”

中國科學院計算技術研究所研究員韓銀和也告訴《中國科學報》記者，一般來說芯片的底層制造工藝并沒有區別，但不同芯片一般有不同的性能庫、功耗庫可選擇。

但不容忽視的是，相比ASIC芯片，桌面或服務器CPU或GPU等高端芯片體系結構要復雜得多。韓銀和說，數字貨幣芯片主要是大量哈希計算單位的堆疊，結構上比較簡單。

對于嘉楠耘智A3206芯片的量產，浙江大學信息與電子工程學院教授、浙江省半導體行業協會副理事長張明在肯定其成績的同時認為也要客觀看待，“一款專用芯片的突破不能與手機、電腦等主流電子產品芯片領域的全面超越簡單進行類比”。

一位匿名知情人士在記者發表在“知乎”上的相關質疑文章下回復說：“據我所知，嘉楠耘智還是有不錯的IC前端團隊和IC后端團隊，不僅這顆7nm芯片的前后端設計是由他們獨立設計完成的，他們之前16nm、28nm的芯片也系獨立設計，不希望他們設計團隊因為某些媒體的不實報道而蒙受冤屈。”他同時寫道，面對“7nm事件”，當下無論是“吹”還是“黑”都不合適，認清我們當前的能力，設法彌補中國大陸先進制程能力才是穩妥的。

工藝制程新命名尚存爭議

隨著摩爾定律接近尾聲，制程工藝進一步的微縮越來越難。

英特爾高級院士兼英特爾公司制程架構與集成總監馬博（Mark Bohr）曾撰文《撥開迷霧，看清半導體制程節點命名》解釋摩爾定律下的制程工藝含義，暗指有友商的制程工藝新命名背離了摩爾定律。

“即使晶體管密度增加很少，或者根本沒有增加，但他們仍繼續為制程工藝節點命新名。結果導致這些新的制程工藝名稱根本無法體現位于摩爾定律曲線的正確位置。”馬博寫道，“行業真正需要的是給定面積（每平方毫米）內的晶體管絕對數量。”而且“簡單地用一個芯片的總晶體管數除以面積是毫無意義的”，因為大量設計決策都會對它產生影響——例如緩存大小和性能目標等因素，都會導致這個值發生巨大變化。

因此，馬博認為，每個芯片制造商在提到制程節點時，都應披露出“邏輯晶體管密度”，因為“逆向工程公司可隨時驗證這個數據”。