2019年柏林國際消費電子展（IFA2019）已經(jīng)在今天于德國柏林開幕，正如我們所期待的那樣，華為今天在IFA2019上召開了新品發(fā)布會，推出了自家麒麟芯片的最新產(chǎn)品麒麟990和麒麟990 5G。其中，全球首款旗艦5G SoC——麒麟990 5G和麒麟990的大部分規(guī)格是一致的，除了是否支持5G外，兩者只有微小區(qū)別。
▲華為消費者業(yè)務(wù)CEO余承東發(fā)布華為麒麟990系列
重新回顧一下麒麟990系列芯片的基本規(guī)格，你會發(fā)現(xiàn)麒麟990 5G第一項比較重要的技術(shù)看點就是采用了新一代7nm+ EUV極紫外光刻技術(shù)的制程工藝。的確，對于一款芯片而言，它制程工藝往往是發(fā)燒友們最先關(guān)注的。那么麒麟990 5G采用的7nm+工藝節(jié)點究竟是什么意思？這里所謂的EUV極紫外光刻技術(shù)又是怎樣的呢？IT之家小編在這里不妨為大家做一些詳細的解讀。
相信大家還記得，去年發(fā)布的麒麟980是全球首款采用7nm制程工藝的移動芯片，然后7nm成為旗艦移動芯片的標配。但其實我們現(xiàn)在在手機上已經(jīng)使用的7nm芯片并非完全的7nm工藝，或者說并沒有完全釋放出7nm的優(yōu)勢，所以被稱為第一代7nm工藝，而7nm+則是第二代7nm工藝。
今年5月，7nm+工藝量產(chǎn)的消息就已經(jīng)被公布，這是移動處理器第一次量產(chǎn)EUV極紫外光刻技術(shù)，在業(yè)界領(lǐng)先Intel、三星。
顯然，華為麒麟990 5G是第一批采用7nm+制程工藝手機芯片SoC。那么這個7nm+工藝到底意味著什么呢？它和第一代7nm制程工藝有什么區(qū)別呢？
首先我們要對7nm這一制程工藝節(jié)點的困難度有一個了解。
我們知道，芯片是由海量的晶體管構(gòu)成的，晶體管也是芯片最基本的層級，每個晶體管的通導(dǎo)和截斷代表著0和1，千萬甚至上億個晶體管代表著千萬甚至上億個0或1，也就是芯片運算的基本原理。每個晶體管是非常小的，我們還是將那張經(jīng)典的晶體管結(jié)構(gòu)圖為大家展示一下：
上圖的晶體管結(jié)構(gòu)中，“Gate（柵極）”可以看作是“閘”，主要負責控制兩端Source（源極）和Drain（漏級）的通斷，電流從源極流入漏極，而這時的柵極的寬度決定了電流通過時的損耗，表現(xiàn)出來就是發(fā)熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。而柵極的寬度（柵長），就是XX nm工藝中的數(shù)值。
對于芯片制造商而言，自然是力求柵極寬度越窄越好，不過當寬度逼近20nm時，柵極對電流控制能力急劇下降，漏電率相應(yīng)提高，對生產(chǎn)工藝的難度要求也上了一個臺階，不過如你我所知，這個問題已經(jīng)被解決了，這里不展開。而當工藝繼續(xù)微縮，難度則會進一步加大，人們發(fā)現(xiàn)原來的解決方案又撐不住了，只能另尋他招。所以在10nm這個節(jié)點初期，芯片廠商們也是一度難產(chǎn)的。
而當晶體管尺寸工藝進一步縮小，小于10nm時，則會產(chǎn)生量子效應(yīng)，也就是我們所說的逼近物理極限，晶體管的特性將變得難以控制，這時候?qū)τ谛酒闹圃焐a(chǎn)難度顯然指數(shù)級增長，不僅是技術(shù)上的難度，更需要海量的資金投入。綜上，7nm這個節(jié)點上，制造工藝難度可想而知，所以它的發(fā)展需要有一個循序漸進的過程。
那么具體到7nm到7nm+這兩代工藝上，到底提升在哪里呢？
從上面的介紹中我們知道，隨著芯片工藝制程的不斷推進，芯片制造的難度也是成倍地增加。具體到芯片制造的過程，有一個最重要的工序，是顯影和蝕刻，它的原理是：
讓光線通過帶有集成電路圖的掩膜（也叫光罩）投射到涂有光刻膠的晶圓上，形成已曝光和未曝光的“圖案”，然后通過光刻機蝕刻掉已曝光的部分。
▲圖片來自臺積電官方視頻
這里只是形象的解釋，實際過程極度復(fù)雜的，但我們需要知道的是，這個過程中光源的選擇非常重要。選擇光源其實是選擇光的波長，波長越短，可曝光的實際尺寸就越小，這樣才能滿足工藝制程不斷精密化的要求。
在此之前最先進的是深紫外光刻（DUV），深紫外光也是一種準分子激光，包括KrF準分子激光，波長248 nm,，還有ArF準分子激光，波長193 nm。而比DUV更先進的是EUV，也就是極紫外光。
極紫外光刻的波長可達13.5nm，這個躍進是非常明顯的，顯然更適合7nm芯片的制造過程，可以很大提高晶體管的密度，并降低功耗。IT之家通過華為處了解到，麒麟990的芯片整體面積相比980基本沒有變化，但包含的晶體管數(shù)量卻得到了大幅提升，達到驚人的103億個晶體管，這也是第一個超過100億個晶體管的芯片。這背后，顯然和7nm+制程工藝的采用直接相關(guān)。晶體管數(shù)量的提升，意味著芯片處理能力的提升，相比于傳統(tǒng)的7nm工藝，麒麟990系列的晶體管密度提升了18%，能效則提升了10%，AI運算將更省電。
這里需要說明的是，突破DUV技術(shù)其實并非只有EUV一種解決方案，行業(yè)里其他企業(yè)也曾嘗試過其他方案，但最后的效果都不好，最后只有光刻機巨頭ASML采用的EUV光刻機笑到最后。
▲華為Fellow艾偉演講
另外就是生產(chǎn)7nm芯片也并不是只有EUV可以，只是EUV光刻優(yōu)勢更明顯，DUV其實也可以用于生產(chǎn)7nm芯片，去年第一代7nm芯片采用的就還是DUV光刻技術(shù)。
▲使用EUV和DUV的ArF光刻圖像細節(jié)對比，EUV的優(yōu)勢非常明顯
所以，采用EUV極紫外光刻也是第二代7nm工藝區(qū)別于第一代的關(guān)鍵，只不過這種技術(shù)難度很大，有很多難點需要解決，例如EUV光刻機的光效率只有2%左右。且有源功率僅250W，無法滿足高效刻蝕晶圓的目的，另外空氣分子也會對EUV光線有干擾，所以進行EUV光刻時要求真空環(huán)境等等。IT之家小編從華為處了解到，為了解決7nm+工藝的量產(chǎn)，華為投入了大量工藝專家進行研發(fā)，有超過5000次的驗證以及大量的實驗，其中的重點顯然也是解決EUV光刻技術(shù)應(yīng)用的難點。
當然，結(jié)果我們已經(jīng)知道了，7nm+制程工藝成功量產(chǎn)，麒麟990也第一時間用上了這一先進工藝——注意，這里是商用，在即將于9月19日發(fā)布的華為Mate 30系列手機中，我們將真真切切地看到搭載7nm+工藝的麒麟990芯片的真實表現(xiàn)，IT之家小編對此也是非常期待的。
毫無疑問，隨著麒麟990 5G芯片的發(fā)布，7nm+制程工藝也會像去年麒麟980引領(lǐng)的7nm工藝一樣，成為移動端旗艦芯片的主流制程技術(shù)標準。而在這背后，IT之家更在意的，是華為真正將7nm這一制程節(jié)點向前推動了一大步，對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以及移動終端行業(yè)的發(fā)展，顯然也具有重要的意義。
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