7纳米之“争”：技术概念尚待厘清

近日，一则内容为“全球首个7纳米（nm）量产芯片在嘉楠耘智诞生”的消息引发了大量关注与热议，文中“领先世界”“弯道超车”等抓人眼球的字眼更是引起半导体行业内人士的质疑。

发布“全球首款7nm量产芯片”的“嘉楠耘智”系一家比特币矿机厂商（全称为“杭州嘉楠耘智信息科技有限公司”），该厂商对其发布的芯片并没有披露具体的量产数字（一般认为每月数万片的规模可视为“量产”）。结合芯片代工厂台湾积体电路制造股份有限公司（即“台积电”）此前不久刚刚宣布将在2018年下半年量产7nm芯片，不少受访业内人士认为嘉楠耘智此举有蹭热点之嫌，其目的或是借机为其赴港IPO造势。

“全球首款”系一家之言

就当前的半导体生产工艺而言，“7纳米”代表着最新一代同时也是最先进的芯片工艺制程。英特尔联合创始人戈登·摩尔在半世纪前提出的摩尔定律，预言了每代制程工艺都要让芯片上的晶体管数量翻一番，同时制程工艺都是按前一代制程工艺缩小约0.7倍来对新制程节点命名——芯片工艺制程接连出现了65nm、45nm、32nm、28nm——每一代制程节点都能在给定面积上，容纳比前一代多一倍的晶体管，相应的，芯片性能也随之提升。

记者了解到，目前几大代工厂中只有台积电宣布将于今年下半年量产7nm工艺制程芯片。虽为“代工厂”，但在严重依赖芯片性能的比特币矿机行业中，上游代工厂有着最大的话语权。原因在于，在新工艺技术的初期，上游代工厂先进产能受限，而要提升产能，往往需要大量资金和时间投入，这决定了代工厂的新产能扩充非常缓慢。

比特币矿机供应商一般采用无晶圆厂模式。即只专注于矿机芯片的设计，而将芯片的生产、测试、封装交由第三方代工。嘉楠耘智即为芯片设计者的角色，其代工厂为台积电。不过，据国盛证券在今年7月发布的一篇深度分析文件中披露，嘉楠耘智只是台积电7nm芯片产线上的一个小客户，苹果、高通、华为、英伟达乃至比特大陆等至少10家芯片设计方都在盯着台积电的7nm工艺。而据外媒Digitimes的报道，在台积电6月21日的技术研讨会上，CEO魏哲家表示，可商用的7nm制程芯片生产已经开始，不出意外的话，“台积电现在主要生产的芯片应该是苹果的A12”。

截至目前，除嘉楠耘智外，并没有哪家芯片厂商包括代工厂台积电就7nm芯片“已经量产”发布相关信息。《中国科学报》记者致电台积电公开新闻发言人，被告知“公司纪律不得披露客户具体信息”，并未直接对嘉楠耘智的说法进行回应。不过，该发言人同时表示业内并未有对“量产”一词的统一定义和标准，但台积电一般认为的量产规模是每月至少数万片的出货量。

7纳米工艺不能一概而论

根据嘉楠耘智官方披露的信息，其向台积电投产的7nm芯片型号为“A3206”。根据其发布的该芯片将用于矿机“阿瓦隆”A9系列可推断，A3206系集成度相对简单的ASIC芯片。

记者查阅资料得知，比特币矿机芯片的发展经历了从CPU、GPU、FPGA到ASIC的四个过程。在这个过程中，提供算力的芯片从通用型逐渐转向了挖矿专用型。ASIC芯片即为专门目的而设计的集成电路，它的特点是面向特定算法需求，在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、单位成本更低的优势。

同时，为了获得最优的性能，ASIC矿机芯片的设计、制造一直走在芯片行业的前沿。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工艺制程上取得成功，并不代表其他芯片（如桌面CPU或GPU等）也能一蹴而就。

“从产品的生产环节来讲，ASIC芯片7nm和其他芯片7nm没有什么区别，不过CPU用的一些IP和（模块）库对性能和面积、功耗要求会更高一些。”天津飞腾信息技术有限公司战略规划部总经理张承义对《中国科学报》记者说。不过他补充道：“但不排除矿机的芯片也对某些模块要求比较高，我不太了解矿机芯片。”

中国科学院计算技术研究所研究员韩银和也告诉《中国科学报》记者，一般来说芯片的底层制造工艺并没有区别，但不同芯片一般有不同的性能库、功耗库可选择。

但不容忽视的是，相比ASIC芯片，桌面或服务器CPU或GPU等高端芯片体系结构要复杂得多。韩银和说，数字货币芯片主要是大量哈希计算单位的堆叠，结构上比较简单。

对于嘉楠耘智A3206芯片的量产，浙江大学信息与电子工程学院教授、浙江省半导体行业协会副理事长张明在肯定其成绩的同时认为也要客观看待，“一款专用芯片的突破不能与手机、电脑等主流电子产品芯片领域的全面超越简单进行类比”。

一位匿名知情人士在记者发表在“知乎”上的相关质疑文章下回复说：“据我所知，嘉楠耘智还是有不错的IC前端团队和IC后端团队，不仅这颗7nm芯片的前后端设计是由他们独立设计完成的，他们之前16nm、28nm的芯片也系独立设计，不希望他们设计团队因为某些媒体的不实报道而蒙受冤屈。”他同时写道，面对“7nm事件”，当下无论是“吹”还是“黑”都不合适，认清我们当前的能力，设法弥补中国大陆先进制程能力才是稳妥的。

工艺制程新命名尚存争议

随着摩尔定律接近尾声，制程工艺进一步的微缩越来越难。

英特尔高级院士兼英特尔公司制程架构与集成总监马博（Mark Bohr）曾撰文《拨开迷雾，看清半导体制程节点命名》解释摩尔定律下的制程工艺含义，暗指有友商的制程工艺新命名背离了摩尔定律。

“即使晶体管密度增加很少，或者根本没有增加，但他们仍继续为制程工艺节点命新名。结果导致这些新的制程工艺名称根本无法体现位于摩尔定律曲线的正确位置。”马博写道，“行业真正需要的是给定面积（每平方毫米）内的晶体管绝对数量。”而且“简单地用一个芯片的总晶体管数除以面积是毫无意义的”，因为大量设计决策都会对它产生影响——例如缓存大小和性能目标等因素，都会导致这个值发生巨大变化。

因此，马博认为，每个芯片制造商在提到制程节点时，都应披露出“逻辑晶体管密度”，因为“逆向工程公司可随时验证这个数据”。