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发表于 2023-9-14 08:05:37 |显示全部楼层

要说最近硬件圈最大的一件事就是华为 Mate 60 Pro 突然开售,大家应该没意见吧?


在突然开售后, Mate 60 Pro 也像一座金矿一样,被各路媒体老师不断挖掘。


之前托尼也蹭上了这台手机的热度,在拿到实机的第一时间跟大家分享了上手体验。( 指路:上手华为Mate60 Pro后,我更期待它的未来表现了。)



不过,托尼觉得只有上手体验这还不够,因为关于大家最关心的 5G 麒麟芯片,我还没有给大家讲清楚。


但当托尼和硬件部小伙伴们策划这个选题的时候,发现关于 Mate60 Pro 以及麒麟 9000S 的信息基本上已经被同行们给讲完了。


可恶。。。终究还是手慢了。


为了不跟同行们重复讲一样的东西,我们稍微换了个思路——绕开了处理器本身,看看华为在 “ 造芯片 ” 这块还有没有什么料可以挖。


结果发现还真有!


实际上,这个东西并不是托尼先看到的,而是一位名叫 “ 问题先生 ” ( Mr Question )的博主先看到的。



问题先生在业内还是很知名的,据说有 20 多年的半导体相关从业经验。


两个多月前,他发了一个视频,分析了华为刚刚解禁的一项半导体晶体管制备专利。


他根据专利的文字描述推测,华为打算在传统 FinFET ( 鳍式场效应晶体管 )的基础上挖两道凹槽,通过改良 FinFET 的结构,提升了晶体管漏电的控制能力。


进而降低了功耗,改善了性能。



问题先生预估:在同制程下, “ 华为 FinFET” 的能效比传统 FinFET 提升 20% ,可以把7nm 工艺发挥出 5nm 的性能;5nm 制程做成3nm 的能效。



海外企业们大开大合,刚搞完 5nm 就想搞 3nm 。华为则是未雨绸缪,考虑着怎么能从上一代制程上挤出更多的水分。


而且 7nm 工艺的极限好像真的被华为这个专利探索出来了不少,真就是______。( 跟我说出那四个字! )


但。。。职业习惯让我多做了一步操作,我试着去搜了下问题先生提到的华为专利( 编号:CN116266536A ,感兴趣的小伙伴可以去看看 ),结果发现问题先生猜错了。



是这样的,问题先生之所以会猜错,是因为他只看到了专利前面部分的文字描述,然后根据专利的文字描述自己画了一张结构图。( 这个操作,其实已经相当大佬了 )


但这个自制的结构图和华为官方的专利配图差的还是有点儿远,所以才误解了华为设计两道凹槽的实际作用。


等到我们再去知识产权局的数据库里查资料的时候,华为已经把对应的专利配图给补上了。



通过看华为自己提供的图片,我们才发现了这两道凹槽的真正作用。


简单来说,华为专利里提到的两道凹槽实际上是用来分别形成源极跟漏极的,这个源极跟漏极相当于开关的两端,当开关闭合时,电流会从源极入,从漏极出。



那么这个专利真正讲的东西是什么呢?


它讲的是华为研发出了一种晶体管制作的改良工艺,通过这个改良工艺,可以让制作高介电常数金属栅极( High-K Metal Gate )的制作步骤减少。


这个高介电常数金属栅极技术是28nm 制程节点后的必备技术,但以往的制作工艺复杂,导致它比发展更早、性能更差的多晶硅栅极 ( Poly Gate ) 技术,要多出几个工艺步骤,这样会造成生产周期延长以及成本增加的问题。



在专利中,华为讲到,改良后的工艺可以节省至少 3 个主要工艺步骤,以及若干个次要工艺步骤。


从理论来说,这样可以降低整体的生产难度,提升不少良率,进而大幅降低成本,华为的初步预估是每片晶圆至少可以节省 20 美金


按照之前 Mate 系列出货量以百万计的情况来看,假如华为真的要开始自己造芯片了,那么实装这项专利,就能给华为省下一笔相当可观的成本。


同行们想要借鉴还得给华为交专利费。


赢麻了。。。_______!( 再次说出那四个字 ~ )



嗯。。。不过,虽然节省成本的专利也很棒,可它并不是大家原本猜测的那样,把 “7nm” 当 “5nm” 耍的炸裂技术。


把实际情况和我们的心理预期做对比,就显得这个专利好像也并没有那么厉害了。


所以本来我们稍微有点儿心灰意冷,打算跟大家稍微解释一下这个小小的专利乌龙就结束了。


不过就在托尼找资料的过程中还发现,华为这次放出来的专利不是一个,而是一批!


其中另外一个编号 CN116636017A 的发明专利,看起来相当有意思。



不卖关子,在这项专利的文档中,华为直接把FinFET ,和GAAFET 或Forksheet FET ,做进一个集成电路里。


并且简化了电路的制作步骤!



这里可能会有小伙伴要问了:这个突然冒出来的 GAAFET 和 Forksheet FET 又是啥呢?


无论是咱们前面讲到的 FinFET ,还是这个 GAAFET 和 Forksheet FET ( GAAFET 的升级变种 ),它们都是晶体管的一种结构类型。


相比 FinFET,GAAFET 和 Forksheet FET 的漏电控制性能更强。


其中 FinFET 是目前芯片制造中的主流方案,而 GAAFET 和 Forksheet FET 还未实现量产,但是因为 3nm 之后的工艺更难控制 FinFET 的漏电,所以未来一定是属于 GAA 和 Forksheet 的。



诶不过。。。既然 GAAFET 和 Forksheet FET 更先进,为啥华为还要把它们跟 FinFET 做进一个集成电路里呢?


全用 GAAFET 或者 Forksheet FET 不就得了?


emmmmm ,是这样的。


一方面是因为 FinFET 跟 GAAFET ( 包含变种:Forksheet FET )都有自己的优缺点。


像 FinFET ,它随着制程工艺的升级,尺寸的缩小,会出现漏电流控制性能变差的问题。


这给大家提一嘴漏电流是怎么回事:实际上,电流并不是百分之百从晶体管的源极流向漏极的,这期间有些不受控制的电子会溜掉,这样一来就会产生漏电,而漏的电流越多,会导致功耗和发热越严重。



而 GAAFET/ Forksheet FET ,这类结构在尺寸缩小后,依旧可以保留出色的漏电流控制表现,所以很适合用在 5nm 制程节点之后的芯片上。


但 GAAFET/ Forksheet FET 也有一个缺点,那就是它的电阻会比 FinFET 更大。


所以即使是 3nm 的集成电路里,也不能一味只用 GAA 或者 Forksheet ,也还是需要根据实际情况搭配 FinFET 进行设计。


一个简单的 CMOS 放大版集成电路版图



比如:芯片里的逻辑电路,它是负责运算的,在运算时电路中的晶体管们会进行频繁的开和关( 其中 “ 开 ” 代表二进制中的 “1” , “ 关 ” 代表 “0” ,以此来处理数字信号 ),这样就对晶体管的漏电流表现有更高的要求。


同时为了算得更快,晶体管的数量自然也是越多越好。


所以,逻辑电路需要那种在尺寸缩小后,依旧可以有出色的漏电流控制表现的晶体管,那自然就是 GAAFET 或 Forksheet FET 了。


但是像需要处理连续信息的信号的模拟电路,以及有高电压需求的输入输出电路,它们需要电阻更小的通道,自然就是用 FinFET 更合适。



看到这大家应该就明白了,华为的做法相当于:我在一个集成电路中,根据需求来设计 FinFET 和 GAAFET 或 Forksheet FET ,比如输入输出电路、模拟信号处理电路用 FinFET ,逻辑电路用 GAAFET 或 Forksheet FET ,存储电路可以任意选择一种。


这样一来,就可以最大程度地发挥不同晶体管结构的性能。


不过,要做到这件事儿并不容易。


因为在现有的技术条件下,我们要在一个集成电路里制作 FinFET 和 GAAFET/ Forksheet FET ,需要分别单独制作它们各自沟道区内的半导体层,比如:先做好了FinFET,再去做GAAFET。


这步骤一分开,制作过程就变得非常繁琐,生产成本也会随之升高。



这里就要讲到华为这项专利的精髓部分了,他们为了减少制作步骤,在开始制造前的版图阶段会先对芯片的图案层( 小知识:芯片是通过一层一层的图案层往上叠加制作而成的 )进行标记,比如第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、第四半导体层。



说实话,托尼一开始也有点搞不明白这个 “ 第一第二。。。” 到底在讲啥,直到把 28 页的文档 “ 啃 ” 下来后,才大概理解了其中的奥妙。


这个第一、第二。。。不是用来表示先后和重要性,而是为了标记不同的图案层,打个不太恰当的比方:FinFET 的第一半导体层对应了GAAFET的第三半导体层。


不严谨地说,这么一对应,就能让它们被同时制作。


利用这个方法,华为就可以不用像前面讲的那样——“先做这个再做那个”,这样就大幅简化了电路的制作过程,减少工期和成本。



妙啊 ~ 如果这项专利在未来可以落地,那么对于华为的芯片竞争是很有利的——当然了,只是假如、假如华为真的想自己做芯片的话。


毕竟专利本身只是个技术储备,大家不要听风就是雨,要理智判断。


而且虽然咱们短短几句话就讲完了华为的巧思,但实际操作起来还是困难重重的。


因为 GAAFET 、 Forksheet FET 的结构又小又复杂,不仅对蚀刻工艺的要求非常高,而且还要用到 EUV 光刻机,这个东西现阶段国内很难搞定。。。



而且托尼还问了一下搞半导体设计的朋友,发现除了咱们前面提的这些内部的光刻问题,外部的电压调控也是需要攻克的。


毕竟两种晶体管结构的特性不同,驱动电压也不同,驱动电路的设计也需要做额外的调整。



看来,华为的这项专利想要真正落地,需要克服很多我们难以想象的困难。


今天我们聊的这些东西,都是华为公开的设计专利,虽然看着很厉害,但很大概率还没有应用到实际的生产步骤上。


因为光有想法不行,还是有很多具体的、配套设备上的问题需要解决的。


不过我发现了一个小细节,不知道有没有小伙伴观察到。


虽然华为这批专利上个月才解禁,但他们真正的提交日期是——2021 年 2 月!


换句话说,两年前,华为就在思考该怎么把芯片造的更好了。


遥遥领先!!!




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发表于 2023-9-14 08:28:29 |显示全部楼层

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发表于 2023-9-14 08:29:56 |显示全部楼层

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发表于 2023-9-14 08:52:14 来自手机 |显示全部楼层
好棒棒哦,要不你拿这些专利要台积电smic交专利费试试?
或者三星?最次gf吧,实在不行st意法半导体?
哈哈

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bfworld  无脑喷  详情 回复 发表于 2023-9-14 09:15

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发表于 2023-9-14 09:14:57 来自手机 |显示全部楼层
“遥遥领先” 这个词彻底成笑话了。毁灭一个成语

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Desla的马甲  看站什么立场了。”龙”在东方的含义是祥和,在西方确实邪恶。需要照顾西方人把龙干掉?  详情 回复 发表于 2023-9-14 09:26

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发表于 2023-9-14 09:15:17 来自手机 |显示全部楼层
“遥遥领先” 这个词彻底成笑话了。毁灭一个成语

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master123  你看懂正文在说什么了吗?  详情 回复 发表于 2023-9-14 09:19

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发表于 2023-9-14 09:15:59 |显示全部楼层
Vladimir_lenin 发表于 2023-9-14 08:52
好棒棒哦,要不你拿这些专利要台积电smic交专利费试试?
或者三星?最次gf吧,实在不行st意法半导体?
哈 ...

无脑喷

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发表于 2023-9-14 09:19:04 |显示全部楼层
lv4 发表于 2023-9-14 09:15
“遥遥领先” 这个词彻底成笑话了。毁灭一个成语

你看懂正文在说什么了吗?

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asdfasdfa  你看不懂?都是tsmc和三星玩剩下的  详情 回复 发表于 2023-9-14 09:35
Desla的马甲  如果发言目的很明确,立场很坚定,结论已确定,正文内容已经不重要了。  详情 回复 发表于 2023-9-14 09:32

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发表于 2023-9-14 09:26:21 来自手机 |显示全部楼层
lv4 发表于 2023-9-14 09:14
“遥遥领先” 这个词彻底成笑话了。毁灭一个成语

看站什么立场了。”龙”在东方的含义是祥和,在西方确实邪恶。需要照顾西方人把龙干掉?

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发表于 2023-9-14 09:28:22 来自手机 |显示全部楼层
master123 发表于 2023-9-14 09:19
你看懂正文在说什么了吗?

他为什么要看?看了在喷多累啊,直接喷
客总会看看,但估计看不懂
一个怎么用筷子的方法,最后还是14nm
不服就跑跑分

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发表于 2023-9-14 09:32:53 来自手机 |显示全部楼层
master123 发表于 2023-9-14 09:19
你看懂正文在说什么了吗?

如果发言目的很明确,立场很坚定,结论已确定,正文内容已经不重要了。

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发表于 2023-9-14 09:35:39 |显示全部楼层
master123 发表于 2023-9-14 09:19
你看懂正文在说什么了吗?

你看不懂?都是tsmc和三星玩剩下的

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master123  哪里提到台积电三星玩剩下的? 如果别人有了,专利怎么能审查通过?  详情 回复 发表于 2023-9-14 09:39

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发表于 2023-9-14 09:39:11 |显示全部楼层
asdfasdfa 发表于 2023-9-14 09:35
你看不懂?都是tsmc和三星玩剩下的

哪里提到台积电三星玩剩下的?
如果别人有了,专利怎么能审查通过?

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Vladimir_lenin  专利保护你的创新点,如果三星拿你的保护点做产品,你可以告他. 但是专利创新点如果基于现有工艺,你不能反向要求赔偿. (砌堵墙要7个步骤,创新只要5个步骤,其他人用7个步骤你不能声明侵权) 所以,这些个专利对  详情 回复 发表于 2023-9-14 10:45

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发表于 2023-9-14 10:00:22 |显示全部楼层
很多博主发测试视频专业性,真的不咋地,比如,对比同价位手机,运行快0.1秒就比别人好?对快的手机不能运行大型APP只字不提,这在营销学上太常见了

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发表于 2023-9-14 10:16:35 来自手机 |显示全部楼层
手机都这么卖力炒 芯片这么有种 没理由还这么安静 你说呢 呵呵

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发表于 2023-9-14 10:45:47 来自手机 |显示全部楼层
master123 发表于 2023-9-14 09:39
哪里提到台积电三星玩剩下的?
如果别人有了,专利怎么能审查通过?

专利保护你的创新点,如果三星拿你的保护点做产品,你可以告他.
但是专利创新点如果基于现有工艺,你不能反向要求赔偿.
(砌堵墙要7个步骤,创新只要5个步骤,其他人用7个步骤你不能声明侵权)
所以,这些个专利对现有生产工艺根本无约束力也不存在价值要求. 251厂自己high就好了.

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master123  你了解三星的工艺?  详情 回复 发表于 2023-9-14 17:25

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发表于 2023-9-14 10:51:09 来自手机 |显示全部楼层
Vladimir_lenin 发表于 2023-9-14 10:45
专利保护你的创新点,如果三星拿你的保护点做产品,你可以告他.
但是专利创新点如果基于现有工艺,你不能 ...

不知道对于专利是你说的算还是客总说的算?
你们两个pk一下呗
我看好客总

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发表于 2023-9-14 11:03:04 |显示全部楼层

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发表于 2023-9-14 11:29:01 |显示全部楼层
一夜之间 都是芯片专家了

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