我国半导体行业背后正在面临着哪些问题呢？

面临着一些制造上的突破。

前一段时间闹得很火的事情，美国以及公司为了抑制华为公司的发展，暂停向华为提供芯片的代工服务，这让华为一下失去了芯片的来源。我国的工业发展到今天已经算是很快了。

我国在半导体的设计方面已经实现了突破，有些设计和研发几乎已经达到了先进的水平，而我国在一些半导体芯片的制造上却存在一些不足，我国自己的芯片制造厂商依靠自己的技术实现的芯片制造比世界上最先进的水平相比还差好几个档次。

美国正是看到了我国的这一不足，采取禁止向我国华为公司提供芯片代工的技术，所以遏制了华为的发展。从这一个事件就可以看出，我们的不足不在于设计，不在于研发。我们在基础的制造上有很大的不足。

所以这个就是我们目前面临的很大的问题，在半导体芯片的制造上没有自己的设备，所以这个是我们目前需要亟待解决的问题。

国家看到这个问题之后也是很快出台了自己的措施，扶持半导体行业的发展，可能我们在一些研发上实现了一些突破，但是整体还是需要再次提高，针对我们国家半导体的发展，我们不要急于求成，技术是靠一点点积累起来的，所以我们要静下心来，脚踏实地，专注于我们的研发。

当我们遇到问题也是一件好事，这也让我们看到了我们存在的不足，这个时候我们明白了我们应该做什么，有一个实现的目标，这就是很好的。对未来我国半导体的发展我们始终持积极的态度，任何苦难始终是难不倒自强不息的中国人民的，相信很快，在各种政策的扶持下，我们的半导体行业会很快发展起来。

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。

美国广播公司称，受疫情影响，全球半导体芯片供应短缺，汽车行业也受到影响。本月8日，福特表示，由于半导体芯片短缺，其在肯塔基州的生产线将被迫提前停产。日产还表示，半导体芯片无法满足需求，迫使他们调整日本工厂的产量。菲亚特克莱斯勒近日宣布，将暂时关闭其在加拿大安大略省的工厂，以及在墨西哥的一家小型SUV工厂。大众汽车去年12月曾表示，由于半导体芯片短缺，将调整在中国、北美甚至欧洲的生产，并将在今年一季度实施。此外，丰田、本田等车企也受到不同程度的影响。

业内人士表示，去年新冠疫情爆发导致汽车销量放缓，全球汽车制造商被迫关闭工厂，以防止病毒传播。此外，随着人们在家工作，智能手机和电脑所用芯片的市场需求不断增加，因此半导体芯片企业将生产重点转向消费电子领域。当汽车制造商开始恢复生产时，半导体芯片无法保证充足的供应，这导致了目前汽车工业的困难。

多位业内人士告诉造成汽车芯片短缺的原因有两个，一方面，我国汽车产业持续复苏，市场表现好于预期，汽车芯片需求增长高于预期；另一方面，全球疫情蔓延，上游晶圆厂面临产能紧张，手机、电脑等电子消费品的芯片供应不断增加，汽车芯片的产能也有限。说到筹码，我们都非常敏感，考虑地缘政治和国家战略。但事实上，这是产能规划和市场预测的问题，主要是OEM和tier 1的问题。有汽车行业人士对《21世纪经济报道》记者表示。影响是全球性的，但中国汽车市场表现优异，需求大幅增加但供给不足，问题首次暴露。

汽车芯片生产周期长，生产能力难以规划。这个问题在正常年份也可能存在，只是我们没有注意到。另一方面，如果规划不好，仓库和废品都会有压力，所以是把双刃剑。上述跨国汽车零部件企业在华高管告诉记者。值得注意的是，5月份以来，中国车市持续回暖。虽然一季度市场情绪悲观，但二、三季度整个行业明显感受到了汽车市场需求的逐步释放。在这一过程中，随着中国需求的增长和其他市场的逐步复苏，出现了汽车零部件的局部短缺。据一些零部件企业高层介绍，如果按照汽车厂商原有的产能规划，芯片供应问题不大。然而，由于新的产能，我们需要向半导体公司追加订单，这需要69个月的更长时间。然而，值得注意的是，汽车需要较长的产品开发和验证周期，汽车芯片也是如此。而且，由于Tier1的话语权很强，汽车企业很难调整供应商体系。

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