台积电10nm制程进展:苹果A11处理器量产将分台积电三星双代工版本

提到苹果A系列处理器,很多老果粉应该都对A11有印象。这款处理器算是苹果第一次大规模用仿生架构的产品,发布的时候确实吸引了不少关注。少有人知道的是,当年A11量产的时候,曾经传出过分给台积电和三星两家代工的消息,这背后还和台积电10nm制程的进展脱不开关系。

先给不太懂芯片代工的朋友捋捋时间线,2016到2017年这段时间,整个芯片行业刚好在往10nm工艺过渡,之前大家都是用16nm或者14nm,新一代工艺能把芯片做的更小,性能更强也更省电。对苹果来说,A11要升级仿生模块,芯片面积其实比之前的A10还大一点,对新工艺的产能要求比以往高很多。

当时能稳定做10nm的厂商,其实也就台积电和三星两家。那时候台积电的10nm进度怎么样呢?其实说不上完美。台积电最早开始推10nm的时候,比原计划的进度慢了小半年,一开始良率上不去,初期投片的良率只有不到50%,也就是说投进去一百片晶圆,只有不到五十片能能用。

苹果那时候已经把大部分A11的订单给了台积电,结果看到这个良率,也开始有点慌。毕竟2017年秋季要发新iPhone,备货量动辄几千万台,要是台积电供不上货,新iPhone上市就得缺货,那损失可就大了。

这种情况下,苹果就想着找三星分担一部分订单,毕竟三星那时候也已经搞定了自己的10nm工艺,产能也空着一部分。三星之前也帮苹果做过A系列的芯片,不过那都是比较早的事情了,后来苹果大部分订单都转去台积电,这次相当于重新找三星合作。

很多人那时候好奇,为什么苹果不直接全给三星做?其实也很简单,一方面三星自己也做手机,算是苹果直接的竞争对手,苹果不敢把所有订单都放在竞争对手那边,怕出问题也怕技术泄露。另一方面,三星的10nm工艺和台积电其实还有点区别,三星当年的10nm其实更接近台积电的11nm左右的水平,密度要比台积电的10nm低一点,芯片性能和功耗控制稍微差一点,苹果也不敢全信三星的工艺。

回到台积电这边,当时他们其实也在拼命赶进度。良率上不去主要是当时的蚀刻工艺还有点问题,后来调整了光刻的参数,又改了一部分掩膜版的设计,大概在2017年年初的时候,良率就提升到了70%以上,到年中量产的时候,良率已经稳定在80%以上了。这个水平其实已经符合苹果的要求了。

那最终双代工的方案落地了吗?根据当时供应链传出来的消息,其实确实落地了,苹果分给了三星大概两成左右的订单,剩下八成还是给了台积电。主要就是为了防患于未然,怕台积电产能出问题,留个备份。

其实这种双代工的模式,在手机芯片行业并不少见。除了苹果,高通当年的骁龙810还是820,也曾经同时找台积电和三星代工过,本质上就是大厂的风险分散策略。毕竟芯片代工这件事不确定因素太多了,有时候工艺出问题,有时候工厂停电或者出其他事故,单靠一家供应商,很容易断货。

不过话说回来,后来拿到市面上的A11处理器,其实大部分消费者根本分不出来自己手里的是台积电版本还是三星版本。拆开看芯片的话,确实会有不同的代工标识,但是实际使用起来,两者的差别非常小,除非你去跑非常极端的功耗测试,不然日常用根本感受不出来。

有做拆机测评的博主当年专门测过,台积电版本的A11,空载功耗大概比三星版本低5%左右,满载性能高不到3%,普通用户完全感知不到这个差距。也就是一些数码发烧友会纠结一下版本问题,大多数人买了手机正常用,根本没注意过这件事。

那这次台积电10nm的进度问题,对后来的行业有什么影响呢?其实从那之后,苹果更习惯给大订单分双供应商了,不光是芯片,后来屏幕、电池也都至少找两家供应商,就是怕单家出问题。而台积电这边,也吸取了10nm的教训,后来的7nm、5nm工艺推进的时候,提前做了更多的测试,良率爬坡的速度快了很多,再也没出现过这种让苹果不得不找备胎的情况。

三星这边呢,通过拿到A11的订单,也证明了自己的10nm工艺确实能满足高端手机芯片的要求,后来拿到了更多高通的订单,在代工行业的位置也稳了一点。不过从那之后,苹果除了一些小芯片,也就再也没把大订单给过三星,主要还是因为竞争关系,苹果还是更信任非竞争对手的台积电。

现在回头看这件事,其实就是芯片行业发展过程中一个很正常的小插曲。新工艺刚出来的时候,产能和良率爬坡本来就需要时间,大厂提前做风险预案,找两家代工也算是合理操作。那时候谁也想不到,后来台积电会在7nm之后把三星甩开这么多,现在苹果最新的A系列芯片,全都是台积电独家代工了,再也没有双版本的说法了。

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[Q]:苹果A11处理器真的是台积电和三星双代工吗?
[A]:根据当年供应链消息,苹果确实分给了三星约两成A11订单,八成订单仍由台积电代工,是实际落地的双代工方案。
[Q]:为什么苹果A11要采用双代工模式?
[A]:主要是因为台积电10nm制程初期良率偏低,产能爬坡进度慢,苹果为了避免新iPhone缺货,分散供应链风险,找三星分担了部分订单。
[Q]:台积电10nm制程初期进展不顺的问题是什么?
[A]:台积电10nm初期良率仅不到50%,进度比原计划慢了小半年,主要是蚀刻工艺参数存在问题,后续调整后良率逐步提升。
[Q]:台积电版和三星版A11使用体验差别大吗?
[A]:两者差别非常小,只有极端功耗测试才能测出差异,日常使用普通用户完全感知不到,只有数码发烧友会关注版本区别。
[Q]:苹果为什么不把A11全部订单交给三星代工?
[A]:一是三星本身是苹果手机业务的直接竞争对手,苹果担心技术泄露和供应风险;二是三星10nm工艺密度比台积电10nm更低,性能功耗表现稍差,苹果不敢完全信任。
[Q]:双代工模式在芯片行业很常见吗?
[A]:比较常见,除了苹果A11,高通早年的多款骁龙处理器也采用过双代工模式,本质是大厂分散供应链风险的常规操作。
[Q]:这件事对后来芯片行业有什么影响?
[A]:之后苹果更习惯采用多供应商策略分散风险;台积电吸取10nm进度慢的教训,后续新工艺良率爬坡速度提升明显;三星也通过这次订单证明了自身代工能力,稳固了市场位置。
[Q]:现在苹果新款A系列处理器还有双代工版本吗?
[A]:目前苹果最新的A系列处理器都由台积电独家代工,没有再推出台积电三星双代工的版本。
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