5nm芯片集体翻车，三星成背锅侠

5nm芯片在发布后普遍出现性能提升有限、功耗过高及发热问题，三星因代工骁龙888被质疑技术实力，成为舆论焦点，但问题根源涉及芯片材料、晶体管排列及制造工艺等多方面因素。

一、5nm芯片集体翻车的具体表现性能提升未达预期：在苹果、华为、高通等厂商的5nm芯片发布前，传闻称其性能将比7nm提升百分之几十，功耗显著降低。然而实际发布后，几款5nm芯片性能提升幅度有限，未达到宣传预期。功耗与发热问题突出：

骁龙888：作为安卓阵营旗舰芯片，虽跑分和晶体管数量超过麒麟9000，但实际功耗最大、升温最快。例如小米11因搭载骁龙888，需配备4800毫安大电池，并提升无线充电和快充技术以应对功耗问题，甚至被用户调侃为“暖宝宝”。

iPhone12：在网络切换时出现功耗加快、发热现象，虽表现优于骁龙888，但仍未达苹果以往水准。

猎户座2100：三星未上市的5nm芯片，因骁龙888的表现，市场普遍预期其功耗问题同样严重。

二、三星成为背锅侠的原因代工骁龙888的直接关联：骁龙888的功耗和发热问题被追溯至芯片代工环节，三星作为其生产方，技术实力受到质疑。网友认为三星可能无法胜任5nm芯片的制造要求。

舆论的放大效应：在5nm芯片集体翻车的背景下，三星因代工身份成为舆论焦点，尽管其他厂商的芯片也存在类似问题，但三星的代工角色使其承担了更多批评。三、5nm芯片问题的深层原因芯片材料极限：当前硅基芯片已接近物理极限，材料性能限制了功耗和发热的控制。例如从24nm向20nm、12nm/14nm向7nm过渡时，均出现过类似问题。晶体管排列与运行问题：5nm制程下，晶体管密度大幅提升，但内部排列和运行效率未同步优化，导致功耗增加。例如骁龙888虽晶体管数量多，但能效比不佳。制造工艺挑战：5nm芯片对制造精度要求极高，台积电和三星虽采用ASML最新光刻机，但仍需解决工艺缺陷。例如三星的5nm制程可能因技术不成熟导致芯片性能不稳定。四、行业应对方向与建议材料创新：探索碳基芯片等新材料，突破硅基芯片的物理极限。碳基芯片具有更高载流子迁移率和更低功耗，可能成为未来方向。工艺改进：

隔代生产：台积电和三星可利用3nm工艺制程生产5nm芯片，通过更先进技术优化现有产品。例如ASML的NA EUV光刻机可提升制造精度，减少缺陷。

晶体管排列优化：改进芯片内部设计，提升晶体管运行效率。例如联发科天玑1200通过架构优化，在性能提升的同时降低功耗，能效比优于部分5nm芯片。

生态协同：芯片厂商需与手机厂商紧密合作，针对功耗和发热问题联合调优。例如小米11通过增大电池和快充技术缓解骁龙888的功耗问题。五、联发科天玑1200的差异化策略性能与功耗平衡：天玑1200在性能提升的同时，通过架构优化降低功耗，能效比处于行业第一梯队。例如其6nm制程在成本和性能间取得平衡，避免了5nm芯片的高功耗问题。市场定位精准：联发科避开5nm芯片的舆论风波，以6nm芯片满足中高端市场需求，同时通过能效优势吸引注重续航和发热控制的用户。

5nm是EUV（极紫外线）光刻机能实现的目前最先进芯片制程工艺，也是智能手机厂商争抢的宣传卖点，进入2020年下半年后，苹果A14、麒麟9000、骁龙888等5nm工艺芯片相继粉墨登场。
然而，公开的信息显示，无论A14、麒麟9000，还是骁龙888，均被曝出芯片的实际功耗发热与厂商宣传的美好相差甚远，一时间，“5nm芯片集体翻车”的话题成为网络热点。

一、骁龙888功耗等于低压酷睿？
根据AI财经社的报道，5nm芯片最让人诟病的，是性能虽然有所提升，但功耗却比7nm的明显增加，这其中表现最差的就是骁龙888，被调侃为“火龙888”。
数码评测媒体极客湾对骁龙888、骁龙865、骁龙855测试的功耗数据表明，单核功耗上，骁龙865最低，为2.3瓦，其次是骁龙855的2.4瓦，骁龙888最高，达3.3瓦，相比骁龙865高了1瓦，高出幅度达43.5%。多核功耗方面，最低的依然是骁龙865，为5.9瓦，其次是骁龙855的6.1瓦，骁龙888依然落在最后，功耗高达7.8瓦，是骁龙865的1.32倍。具体见下图。

骁龙888多核功耗高达7.8瓦是个什么概念？英特尔第11代低压酷睿i7处理器的功耗在7——15瓦，可用于超轻轻薄笔记本电脑（在无风扇散热时，功耗锁定为7瓦）。也就是说，骁龙888的多核功耗已经相当于一颗第11代低压酷睿i7处理器，但需要明确的是，低压酷睿i7处理器采用的是10nm工艺制程，落后台积电、三星的5nm不少。
英特尔处理器采用复杂指令集，理论上相比采用精简指令集的骁龙888更为耗电，但骁龙888在占据工艺先进至少一代的优势下，功耗竟然相当于英特尔低压酷睿。不知道英特尔看到这里会是什么心情。
骁龙888功耗猛增，最直观的体验就是，手机如果运行较大型的游戏，发热就比较明显。极客湾的数据表明，在某款游戏的测试中，玩了20分钟后，小米11背面温度达到了48℃，而搭载骁龙865的小米10在相同的测试环境下，温控表现更好只有41℃。
爱范儿对搭载A14芯片的iPhone12运行《原神》游戏测试表明，20分钟后，手机背面最高温度达到47℃，接近小米11。
5nm的芯片在制程工艺上更先进，为何功耗表现却落后于7nm的芯片？答案是和芯片内部的晶体管漏电有直接关系。
二、为何晶体管漏电是元凶？
A14、骁龙和麒麟等手机SoC芯片属于数字集成电路，而随着制造工艺的不断进步，集成电路的功耗越来越复杂，但总体可分为电路逻辑状态转换产生的动态功耗，以及CMOS晶体管各种泄露电流产生的静态功耗（又称漏电流功耗）。
在芯片进入深亚微米工艺时代之前，动态功耗一直是芯片设计关注的焦点，但在进入深亚微米工艺时代之后，动态功耗在总功耗中的比例越来越小，静态功耗的比例则越来越大。
当芯片制造工艺进入纳米时代后，漏电流功耗对整个功耗的影响已经变得非常显著。有研究表明，在90nm工艺的电路中，静态功耗可以占到总功耗的40%以上。
究其原因，是因为集成电路每一代制造工艺的进步，都是以缩短CMOS晶体管的沟道长度为目标，7nm工艺指的就是指沟道长度。沟道长度不断缩短，使得电源电压、阈值电压、栅极氧化层厚度等工艺参数也在不断地按比例缩小，直接导致短沟道效应（SCE）、栅极隧穿电流、结反偏隧穿电流等漏电流机制越来越显著，表现为芯片漏电流功耗不断上升。
有研究表明，当晶体管的沟道长度从130nm缩短到90nm时，即缩小30.77%，漏电流功耗上升大约39.25%，但缩短到45nm，即缩小65.4%时，漏电流功耗上升大约273.28%（具体见下图）。

也就是说，漏电流功耗和缩小的沟道长度之间不是简单的比例关系，即使沟道长度缩短一点，漏电流功耗也会有一个数量级的增长，而且随着沟道长度越来越短，漏电流功耗增长越来越快。
如果复盘芯片制造历史，会发现漏电流功耗曾长期困扰英特尔、三星和台积电等制造大厂。
三、台积电为何被称台漏电？
长期以来，芯片制造大厂一直在和漏电流功耗作斗争，每有进展，都是值得大书特书的新闻，比如英特尔。

相反，台积电2010年刚推出28nm工艺制程时，由于技术不成熟，漏电流功耗高，导致芯片的功耗大到难以接受，被市场调侃为“台漏电。”有长达6年时间，都摘不掉这顶帽子。

在当时，如何压制漏电流功耗几乎可以决定芯片工艺制程赛道上选手的身位。彼时，英特尔还是制造技术大拿，率先通过Gate-last技术压制了漏电流功耗，台积电则走了一些弯路，沿用IBM的Gate-first 技术，但效果不佳，在28nm上栽了跟斗，后在蒋尚义的主导下，改走英特尔Gate-last技术路线，才算解决漏电流功耗过高难题。

2011年第4季度，历经波折后，台积电终于量产成熟可靠的28nm制程。三星本来在32纳米制程也采用Gate-first 技术，但后来在28 纳米制程时，快速切换到Gate-Last 路线，之后的14纳米也基于Gate-Last。

梁孟松
据说，三星是通过台积电“叛将”梁孟松解决漏电流功耗问题，成功缩短与台积电的工艺差距。结果引发台积电起诉梁孟松，迫使后者离开三星半导体，辗转到中芯国际。
由此可见，压制晶体管漏电流功耗有多重要。
四、为何老迈的技术不退休？
台积电、三星和英特尔之所以能压制漏电流功耗问题，主要原因是采用了创新的鳍式场效应晶体管（简称FinFET，见附图），以替代传统的平面式晶体管。但由加州大学伯克利分校胡正明教授发明的鳍式场效应晶体管（FinFET），通过局部技术改良，从28nm工艺制程一直沿用至今，可谓发挥到了极限。随着制程工艺进入EUV时代，漏电流功耗重新成为挑战。
在7nm时，老迈的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术就应该谢幕了，由环绕栅极晶体管（GAAFET）接替。但由于技术风险和成本压力，大厂们在5nm时代仍不得不使用老迈的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术，结果就是如前文所述，5nm的芯片漏电流功耗飙涨，在功耗上集体翻车，几乎消耗掉制程工艺进步的红利。也可以看出，芯片制造技术每往前跨一步，其实都极为不易。

这让人感觉到十分的惊讶，毕竟没有想到会出现这样的事情，而且还是大家联手。

近几年，半导体技术的创新和产品更新迭代越来越快，尤其以新款智能手机的升级换代最具代表性。各大手机就纷纷陆续推出了搭载新一代处理器的高端旗舰机型，除了5G、高刷屏、大电池以及高功率快充，新一代的5nm制程工艺芯片，也成为今年各大厂商新款手机必不可少的标配。理论上，芯片的工艺制程越低，功耗越低、能效比也就越高，不过目前看来，现阶段的几款5nm芯片却集体翻车了，功耗和发热普遍偏高，综合表现并不理想。

市面上的5nm芯片表现都低于预期，翻车最严重、表现最差的高通骁龙888，已经被不少数码大V以及相关评测机构证实，性能提升幅度有限、功耗相对偏高。更糟糕的是，除了刚刚发布的三星猎户座2100由于时间关系还没有具体的评测数据，但考虑到是采用了和高通骁龙888相同的工艺、相同的架构，估计实际表现也不会有什么惊喜。5nm芯片集体翻车，对手机厂商造成的影响是最直接的，毕竟新技术和新一代高端芯片是各大手机厂商研发新款机型的关键，也是提升产品竞争力的主要卖点。不过，现在看来，今年的5nm芯片似乎并不靠谱。

不可否认，目前5nm芯片翻车的现象已经是不争的事实，作为安卓阵营各大手机厂商最依赖的主要芯片供应商，高通今年推出的骁龙888综合表现低于预期，性能提升不明显，但功耗却明显偏高，如果手机厂商盲目跟风大批采用骁龙888芯片，消费者是否会愿意买单存在太多不确定性。
最令人感到意外的是，在5nm芯片集体翻车的大环境下，一直不占优势被高通压一头的联发科却成了唯一的大赢家。至于为什么联发科能够幸免于难，成败的关键在于联发科芯片研发的方案和决策不像其他厂商那么激进，没有第一时间跟进5nm制程工艺，而是选择了相对稳定的6nm工艺。
联发科发布了自家的新款旗舰级处理器天玑1200。发布会过后，有媒体针对5nm芯片性能和功耗测试不理想，询问联发科高管，不过联发科高管的回答却是信心十足，直接回应称天玑1200在功耗方面绝对会令大家满意，不仅只是性能方面的提升，相比其他5nm芯片的能效也同样有出色的表现，在今年的主流高端芯片中处于第一梯队。由此可见，联发科对于天玑1200很有信心，即使对标其他工艺制程更先进的5nm芯片也完全不虚。

长期被高通压制的联发科，今年凭什么这么有底气呢？主要优势还是在于产品和技术。众所周知，高通骁龙888、三星猎户座2100虽然都采用了理论功耗较低的5nm制程工艺，但却采用了性能超强的x1超大核，这种全新的CPU构架虽然能够带来性能的大幅提升，但也难免会造成功耗偏高，这也是导致5nm芯片集体翻车的主要原因。有舍有得，追求极致的性能就很难降低功耗，这种浅显易懂的道理各大厂商都十分清楚，只不过相较之下，追求性能的高通选择了更为激进的超大核方案，而联发科，则相对保守，选择了另一种性能和功耗相对均衡的理念。
不可否认，相比高通骁龙888、三星猎户座2100以及麒麟9000等5nm处理器，联发科6nm的天玑1200芯片，在性能和跑分方面会落后一截，相对弱势一些。不过，相比其他集体翻车的5nm芯片，联发科天玑1200在功耗续航以及综合表现方面却更出色，至少能够最大程度避免翻车。

总而言之，5nm芯片集体翻车，看来主要是由于芯片供应商太过盲目追求性能的提升，而疏忽了功耗和能效的优化，以至于性能虽然增强了，但续航、功耗和发热等方面却拖了后腿。
目前看来，5nm芯片集体翻车，联发科却成了唯一的赢家，并且联发科还有大把时间进行优化和打磨，完全能够有机会进一步的提升。至于发哥最终能有怎样的表现，不妨让我们拭目以待吧！

五纳米芯片没有控制好功耗，导致容易降频，甚至还不如以前的芯片。联发科因为没有使劲的堆制成，所以变成了赢家。