苹果三星和台积电，联手终结摩尔定律？

　　1965年，英特尔创始人之一戈登-摩尔提出摩尔定律：每隔18~24个月，芯片上的晶体管密度将会增加一倍，同时，成本也降低50%。对于外行人来说，摩尔定律远不像牛顿定律或者电磁感应定律那么严谨，但六十年来，芯片企业的领军者几乎全都把摩尔定律视作＂管理圣经＂，用实际行动来维护摩尔定律的正确性和适用性，也催生出一大批的惊人数字。当摩尔定律提出时，芯片上仅有100个晶体管，六十年之后，每平方毫米芯片的晶体管数量达到3亿，足足增长了170亿倍，而单位面积芯片的密度增长3000万倍。都说数字是简洁的文字，而芯片业如此惊人的数字，则代表着人类电子文明的顶点。有人说：如果有什么科技产品，能同人类大脑相媲美，那无疑是芯片。
　　事实上，人类大脑总共有1000亿个神经元，而聪明如爱因斯坦活跃神经元也仅有140亿个。相比之下，苹果的M1芯片，采用台积电5nm工艺，晶体管数量已经超过140亿，已经初步具备和人脑抗衡的硬件条件。但正当台积电、三星准备向3nm进军时，却突然发现：摩尔定律正走向衰亡，如果晶体管密度迟迟没有突破，定律有可能就此失效。
　　3nm工艺，吹牛皮or划时代？
　　工艺中的nm数字代表的是晶体管线路之间的距离，说白了，就是3nm的芯片线路比之5nm更近，同样面积的芯片自然能存放数量更多的晶体管。逻辑如此，但实现起来并不容易，需要好的光刻机以及更具突破性的layout设计，同时兼顾材料纯度、良品率和产能。正可谓：工艺前进1nm，产业链跑马拉松。事实上，每次新工艺的推进都是以5年为单位的。在此之前，均是按计划达成，只是轮到3nm制程时，显得有点儿力不从心。
　　自2021年开始，三星和台积电就开始为3nm制程造势，在大客户面前打得不可开交，并且踌躇满志地准备在iPhone14机型上塞入更多的晶体管。如今新iPhone已然上市，3nm工艺却并没有成为其＂核芯＂。
　　按照原计划，苹果A16芯片会是首批采用台积电3nm工艺的产品，但在严格的上市规划下，苹果选择了4nm工艺，仅仅是此前制程的微小改良版。如今De-commit的台积电，只能宣布推迟3nm量产计划，目标是2023年，但因其中变数太多，亦可能再次跳票。相比之下，三星则显得更惨，为了拉拢客户，他们每隔一段时间就会发表文章，大有携3nm制程重新划时代的意味，但韩国企业的问题在于制程风险：因升级工艺，制程增加约6000个工站，而且每个工站的良品率要达到99.999%，否则，就不能达到Break Even Point(损益平衡点)。正因如此，在同台积电的竞争中，他们在苹果的供应商排名中始终落后，毕竟，iPhone品质要求非常严苛，不能因芯片问题而导致能耗过高，机台发热。
　　据专家介绍，台积电和三星虽然都把新工艺称之3nm，但制程参数、光刻工艺都大相径庭，自然地，在晶体管密度和能耗方面也会有所差异。况且，台积电早就明确表示，即便是3nm制程成功量产，晶体管的密度仅仅是5nm芯片的1.6倍，无论从性能，还是成本方面，都很难符合摩尔定律的要求。种种迹象表明，3nm工艺制程可能已经碰到了人类物理上限，但更大的障碍来自非技术力量，包括政策和市场。
　　美国苹果，摩尔定律的真终结者？
　　毫无疑问，芯片3nm制程进展不顺利，导致物理界自我怀疑，但人类的伟大之处正在于：持续突破，探索宏观宇宙和微观粒子世界。事实上，芯片企业之所以能维护摩尔定律长达60年，正在于，每当出现卡脖子的状况，就有物理学家带队突破，他们终生的任务就是制定标准、挑战标准，生而靠近失败，却总能取得突破。
　　回顾摩尔定律60年，人类主要在三方面进行芯片工艺突破：光学、材料和结构。任意项目一旦取得突破，都是二十年以上的潜力。如果在材料和结构上取得突破，在电流传输、晶体管堆叠取得突破，人类尚能持续推进晶体管密度，维护摩尔定律，但问题在于，政策和市场因素越来越多地施加于芯片行业，并有可能成为摩尔定律的真终结者。
　　自2019年贸易战和2020年疫情大面积爆发，芯片已然成为手机、汽车、手表等行业的硬通货，比较惨的是华为手机，直接成为贸易战的牺牲品。按照此前华为的规模，台积电自然不愿意放弃这个大客户，但美国手里掌握着他们所需要的光刻机和EDA软件、日本掌握着材料，台积电不得不屈从。令人棘手的是，新工艺的投资已经超过300亿元，他们需要大量的订单来接续。同时，因芯片荒严重，各方力量之于新工艺的追求，态度并不一样，甚至有声音传出：暂停新工艺研发，转而在旧工艺上做拓展。
　　熟悉芯片行业的人都清楚，EUV光刻机、无杂质材料、设备调试工程师等生产要素，都跟钻石一样，属于稀有产品。与其一味追求摩尔定律，倒不如大面积推广。要知道，90nm市场有超过18家晶圆厂，而到了22nm节点，就只剩下台积电、三星、英特尔、中芯国际和格罗方德。至于说，5nm和3nm等工艺，基本上就是双雄争霸了。
　　除了政策力量外，大客户苹果的态度也会在很大程度上决定着摩尔定律的进展。台积电、三星超过50%的营收都来自＂果链＂，他们拼命地推进新工艺，也是在很大程度上迎合苹果的要求。同样，苹果也是新工艺的投资者之一。如前文所述，苹果A16芯片仅仅采用了改良版4nm工艺，证明库克正在向产业链释放信号：放下摩尔定律的执念，产业链有望会变得安乐、顺畅。去掉一些浪漫主义色彩，好好做生意即可。（科技新发现 康斯坦丁/文）