揭秘:华为Mate 60手机,芯片技术确认了!

原创 文/石劼 时间:2023-09-07 10:37

轻舟已过万重山,终到水落石出时?

编者按:华为Mate 60 Pro提前发布,为什么能做到具备5G级的网速?为什么具备先进性能?麒麟9000S芯片被揭晓身份。

但它是哪家代工厂制造?能不能确保手机有很好的性能?加拿大市场研究机构 TechInsights通过拆解,得到了真正的答案。

TechInsights新近发布了拆解后的报道《华为Mate 60 Pro分析,显示为中芯国际7纳米N+2工艺》(Analysis of the Huawei Mate 60 Pro Reveals SMIC 7nm (N+2)),C次元在此编译全文,供大家参考。

太长不看版:

1、高度确认华为Mate 60 Pro的麒麟9000S由中芯国际代工,并不是台积电等工厂。

2、采用中芯国际7纳米N+2工艺,采用DUV而不是EUV。

3、某些方面不如“正宗”7纳米芯片,但采用设计技术协同优化DTCO,诸如单扩散区切断SDB等技术,晶体管密度差距缩小,保证手机具备高性能。

4、华为、中芯国际获得这样的能力,可能导致更大的制裁,但也对某些国家构成地缘挑战。

译文:《华为Mate 60 Pro分析,显示为中芯国际7纳米N+2工艺》

2023年9月3日,TechInsights加拿大渥太华实验室收到华为Mate 60 Pro智能手机。几天前,华为在中国市场发布了这款手机。TechInsights工程技术团队立即着手拆解。这部华为高端智能手机被认为搭载了海思半导体的5G芯片处理器——麒麟9000S。

TechInsights团队在过去几年里并未见到海思发布任何智能手机旗舰芯片SoC。海思上一版旗舰芯片(指麒麟9000)还是2020下半年分析的,交由台积电生产。

值得注意的是,那(麒麟9000的生产)也是在美国贸易限制生效之前的事情。麒麟9000S尤为引人注目的是,它意味着华为改进了设计工具——与中芯国际一起——以应对美国的制裁。

作为背景,美方制裁导致麒麟手机芯片出货量断崖式下跌。2019年,麒麟芯片出货量达到近2.5亿片(包括巴龙5000、麒麟990和5纳米工艺的麒麟9000,其中主要是麒麟990)。

2020年月,台积电宣布不再接受华为新订单,这导致麒麟芯片出货量暴跌,2022年只有440万片。 

然而,中芯国际的技术进步在提速,并且似乎已经解决了7纳米工艺里影响产能的问题。这家中国芯片制造公司通过更为复杂的处理手段,提高晶体管密度,为更先进的7纳米工艺提供设计选项,从而能够将去年的7纳米N+1工艺升级到新一代7纳米N+2工艺。

此举为实现全国产芯片设计和缔造芯片制造生态打开了一扇大门。

为了适应先进智能手机市场的需求,麒麟9000S芯片必须包括嵌入式内存。这就要求TechInsights判断该芯片是否采用了中芯国际7纳米(称为N+2)的全工艺版本。

在拆解Mate 60 Pro的过程中,我们团队发现主PCB板上的应用程序处理器是海思处理器。

有趣的是,它有如下图的标记:

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海思麒麟9000S。来源:TechInsights,2023.

注意“2035”字样,这表明是在2020年第35周封装。一开始要找到中芯国际7纳米N+2工艺的证据并不明显。然而,GFCV120这个标记字样对Techlnsights来说非常新奇。

尽管有着这些情况,我们团队还是继续进行分析,并且将芯片从封装中剥离。

麒麟9000S的芯片内核die尺寸为107平方毫米,比麒麟9000的105平方毫米大了约2%。根据芯片的各种判别特征,团队总结认为该处理器由中芯国际制造。

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海思麒麟9000S,顶层金属芯片图 。来源:TechInsights,2023. 

到这个阶段,TechInsights分析师的好奇心被吸引起来,决定确认麒麟9000S芯片采用的是中芯国际哪种工艺。

实验室初步结果显示,麒麟9000S的die比中芯国际14纳米工艺显然更先进,但CD关键尺寸比Techinsights观察到的5纳米工艺芯片更大。

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海思麒麟9000S,SEM扫描电镜图像,显示横跨鳍片的扫描电镜截面 ,以及展示鳍片和较低的金属层。来源:TechInsights,2023. 

在进一步测量芯片关键尺寸之后,包括逻辑单元门间距、鳍片间距、下层后端BEOL金属间距,分析团队总结认为芯片具备7纳米特征。

基于这一点,TechInsights团队高度确信认为,中芯国际7纳米N+2工艺就此现身。

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海思麒麟9000S。扫描电镜斜面(左图)显示栅极和触点。扫描电镜横截面(右图)显示金属栅极和较低的金属层。来源:TechInsights,2023. 

与其他7纳米工艺相比,栅极间距的关键尺寸有所放宽,但比起中芯国际的N+1工艺有所缩小。

这意味着栅极晶体管密度比市场上其他7纳米芯片要低。然而,通过设计技术协同优化DTCO,诸如单扩散区切断SDB等技术,该芯片缩小了晶体管密度的差距。

较低的金属层的特点,与中芯国际N+1版本的路径相似,不过由于采用了N+2工艺,关键尺寸更小,接近其他7纳米芯片。与N+1版本相比,中芯国际将其标准单元高度降低5%,标准单元面积缩小10%。

在华为新Mate 60 Pro智能手机里发现麒麟9000S芯片采用中芯国际7纳米N+2工艺,证明了中国半导体产业在没有EUV光刻机的条件下也能制造高制程芯片。

这一成就的难度,也彰显了中国芯片技术能力的韧性。与此同时,对那些试图限制其获得关键制造技术的国家来说,这是一个巨大的地缘政治挑战。这可能导致出现比当前更大的限制。

麒麟9000S和中芯国际N+2工艺,能不能重振华为智能手机销售业绩,大幅度提高手机出货量?请继续关注相关分析。

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