究竟誰握有最佳的半導體製程技術?業界分析師們的看法莫衷一是。但有鑑於主題本身的複雜度以及晶片製造商傳遞的訊息不明確,就不難瞭解為什麼分析師的看法如此分歧了。 市場研究機構Linley Group首席分析師Linley Gwennap表示,英特爾(Intel)將在10nm製程優於台積電(TSMC)與三星(Samsung),就像在14nm時一樣。VLSI Research執行長G. Dan Hutcheson認為,台積電即將量產的10nm製程將大幅超越英特爾的14nm節點,而且台積電正以較英特爾更快的速度超前進展。此外,International Business Strategies (IBS)創辦人兼執行長Handel Jones則指出,英特爾與台積電的10nm製程技術性能旗鼓相當。

但各方均同意,有多種變數決定了元件如何製造,對於不同類型晶片的影響也各不相同。分析師們還把責任歸咎於行銷部門,認為他們經常是讓情況變得更加模糊,而非釐清現實。

「事實上,沒有一種衡量方式能夠決定一項技術的性能、功耗與電晶體密度,」Jones說,「金屬層M1間距十分重要,但局部互連也會影響到佈線的閘極密度與性能;閘極間距對於閘極密度相當重要,但鰭片高度也明顯影響性能。」

「互連延遲正成為重大的挑戰,尤其是在10nm時有80%的性能都取決於互連延遲的影響,」他補充說。

20160328_Linley_NT03P1 從Linley Group的衡量指標來看,英特爾比台積電和三星更具優勢 (來源:Linley Group)

FinFET的高度與線寬可作為衡量技術節點與晶片製造商實力的良好指標。Hutcheson認同這一觀點,他並表示,SRAM的單元尺寸也值得考慮。

但是,「我認為技術進展的終極衡量標準在於隨著每一技術節點倍增密度的能力,」Hutcheson說,「英特爾至今在每一節點都達到了這一目標。」

也就是說,台積電在10nm達到的M1金屬層間距已能「完整微縮(~70%),領先英特爾的14nm,」Hutcheson強調,英特爾持續14nm節點也已經2年了。

隨著近期披露10nm與7nm計劃,「台積電不僅證明擁有扳回勝局的魔力,同時還踩著比任何人更快的進展步調,」他補充說。

同時,儘管在今年1月,一些業者還不那麼看好其16/14 nm節點,但台積電目前的16nm節點「在相同的時間架構下,已經在營收與良率方面雙雙超越了28nm,」他強調。

節點性能與名稱無關?

Gwennap表示,技術節點的傳統衡量標準是電晶體尺寸,亦即所測得的最小閘極長度。然而,歸功於市場行銷的努力,如今的節點名稱不再與閘極測量結果吻合了,「但其差距也不算太大——英特爾14nm製程的閘極長度約相當於三星(Samsung)的20nm。」

不過,Gwennap說,台積電和三星目前「在速度與密度方面都遠落後英特爾的14nm製程,」以此來看,他認為三星的節點更適合稱為17nm,台積電則為19nm。「預計在10nm時的情況類似...三星與台積電將在速度與密度方面落後英特爾約一至半個節點。」

然而,光是最小閘極長度並不足以決定一切,Chipworks資深研究員兼技術分析師Andy Wei表示,「定調一項技術是否最優,高度取決於與面積微縮有關的製程成本。而這可歸結為比較佈線單元級的技術能力,以及達到該密度所需的成本,Chipworks正是以此作為基準」。

20160328_Linley_NT03P2 Linley Group認為,三星可望最先推出10nm製程,但英特爾的表現會更優 (來源:Linley Group)

自從德州儀器(TI)為了如何衡量閘極長度而戰,製程節點的命名之爭已經持續25年了。Hutcheson說,TI採用有效閘極長度,而矽谷晶片製造商則以更大的閘極長度作為指標。

在1990年代,當線寬微縮至奈米級時,「新的論據認為閘極長度不再適用,因為蝕刻削薄而使M1金屬級間距成為更適合的標準——不過卻仍由閘極長度決定性能。」

其後,台積電宣稱其40nm製程比英特爾使用的45nm節點更好,但除了「更好」似乎也沒提出任何指標,Hutcheson指出,「從那時起,就一直有點像是『各自表述』一樣。例如,Globalfoundries的32nm和28nm之間真正的差異是32nm是SOI製程,28nm則是bulk製程。」

台積電已經明確表示其16nm製程採用20nm的後段製程技術——FinFET電晶體層疊於頂部。在最近於聖荷西舉行的會議,台積電表示,其7nm節點將會較其10nm製程密度更高1.63倍,Chipworks的Wei說,「這使得2種尺寸微縮0.7倍的性能提高還不到2倍,而節點名稱微縮了0.7倍。」

「市場行銷元素強烈影響節點的命名,而且著眼於頂級規格,但設計工程師知道他們所選擇的技術優點,」Jones表示。畢竟,「只要製程技術快速、低功耗且低成本,那麼怎麼稱呼都不重要。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Silicon Lacks Clear Metrics,by Rick Merritt)