Procesador A9, ¿TSMC es realmente mejor que Samsung?
Déjame decirte de antemano que el anuncio oficial de Apple no les mintió a todos y que la puntuación acumulada no es para un uso normal. La CPU es sólo uno de los muchos componentes de un teléfono, junto con la pantalla LCD que consume más energía y las comunicaciones inalámbricas. Bajo uso normal, la CPU no tiene mucho tiempo para funcionar, por lo que incluso si la CPU consume un 20% más de energía, el medidor de electricidad promedio solo tendrá un impacto del 2 al 3% en la duración de la batería, lo que en realidad no es muy diferente. . Realmente no es necesario ir a la tienda de Apple para devolver el Samsung iPhone 6S.
Sin embargo, la diferencia en el consumo de energía durante la carrera también es un hecho. Al observar los datos de ejecución de Geekbench (y el software de prueba en constante modificación de Apple), está claro que hay dos conjuntos distintos de consumo de energía. Siempre habrá algunas diferencias microscópicas de rendimiento entre las CPU producidas en la misma fábrica, que son variables físicas en el proceso de producción de semiconductores, pero las CPU de Samsung claramente consumen más energía que TSMC. Después de todo, las dos fábricas utilizan tecnologías completamente diferentes.
Además, cuando la CPU está funcionando, la energía eléctrica se convierte en calor. La física de la escuela secundaria ha aprobado la ley de la inmortalidad de la energía, por lo que la CPU se calentará naturalmente si consume más energía. La temperatura de funcionamiento de Samsung es varios grados más alta que la de TSMC.
Samsung utiliza tecnología de 14 nm, mientras que TSMC utiliza tecnología de 16 nm. En términos generales, cuanto más sofisticado sea el proceso de semiconductores, más rápida será la velocidad de cálculo y más energía se ahorrará. Samsung es aparentemente 2 nanómetros más delgado que TSMC. Hay evidencia de que los chips de Samsung son significativamente más delgados que los de TSMC. ¿Por qué la menor tecnología es más eficiente energéticamente? De hecho, 14 nm o 16 nm es sólo un nombre comercial. Hace mucho tiempo, la industria de los semiconductores dijo que era un proceso de 600 nm, y los circuitos que forman las unidades lógicas (puertas) tienen de hecho 600 nm de ancho.
Ahora, ya sean 16 nm o 14 nm, en realidad son el mismo proceso de generación y el número es 20 nm menor que la generación anterior. En esta generación de tecnología, las celdas lógicas de Intel son significativamente más pequeñas que las de otras fábricas. Se llama a sí mismo 14 nm, algo que a TSMC le gusta un poco. Sabiendo que su unidad lógica es muy grande, lamento llamarla 14 nm, así que la llamaré simplemente 16 nm.
Samsung realmente está merodeando. Técnicamente debería ser de 28 nm, luego de 20 nm y luego de 14 nm. Se saltaron los 20 nm y directamente se dijeron a sí mismos que hicieran 14 nm, lo que hizo que el mundo exterior pensara que técnicamente estaban alcanzando a Intel. Sin embargo, no se puede decir que Samsung esté alardeando por completo. Entre 20 nm y 14 nm, el tamaño de las celdas lógicas es en realidad el mismo. La diferencia más importante es el cambio a la tecnología FinFET, lo que significa que la estructura de la unidad lógica ha cambiado de plana a 3D. La diferencia entre FinFET y la antigua tecnología plana es demasiado técnica y nadie entiende lo que digo. En definitiva, ahorra energía y es más rápido.
Para el A9 en el iPhone 6S, Samsung usa el proceso 14LPE de primera generación de 14 nm y TSMC usa el proceso 16FF+ de segunda generación de 16 nm. En la industria de los semiconductores, el 16FF+ de TSMC ahorra un 20% más de energía que el 14LPE de Samsung. Esto es básicamente un secreto a voces. La razón principal es que TSMC tiene mejores fugas que Samsung y la pérdida de energía es menor cuando el circuito está estático. Después de todo, TSMC ya ha acumulado experiencia en diseño de 20 nm en la fabricación de sustratos en obleas. Samsung tomó atajos, se saltó los 20 nm y al final siempre tuvo que pagar la matrícula. La tecnología 14LPP de segunda generación de Samsung debería ser comparable a 16FF+, pero hubo un problema con el cronograma de producción en masa, por lo que Samsung tuvo que usar 14LPE para impulsarla.
Aunque 16FF+ teóricamente ahorra más energía que 14LPE, nunca se ha demostrado. Una empresa normal no puede tener dos versiones diferentes del mismo chip porque no resulta rentable. No se pueden comparar diferentes chips directamente porque existen muchos otros factores de diseño. La fabricación de chips es muy cara. Además del coste del diseño del circuito, cuesta varios millones fabricar una máscara de chip que pueda producirse en una fábrica. Debido a las diferentes especificaciones del material, el molde del chip debe copiarse completamente en la fábrica de modificaciones. Sólo una empresa rica como Apple fabricaría un chip dos veces y lo entregaría a dos fábricas diferentes para su producción. Se puede decir que A9 es una competencia tecnológica llamativa en la industria de los semiconductores. Creo que pronto habrá pruebas más detalladas para analizar a fondo la tecnología de TSMC y Samsung.
Es probable que Apple salga ilesa de esta crisis del "chipgate". Después de todo, las personas que compran iPhones compran la marca Apple y no les importa la CPU del fabricante que se utiliza en ellos. No hay mucha diferencia en el uso real. Es sólo que Apple podría haber evitado fácilmente esta crisis. Los envíos de A9 deben ser producidos por dos fábricas para suministrar suficiente, pero el iPhone 6S puede usar TSMC y el 6S Plus con una batería más grande puede usar Samsung. Las dos partes del teléfono son demasiado diferentes para compararlas directamente, por lo que es poco probable que surja este problema.
Desde la muerte de Steve Jobs, el control de calidad de los productos de Apple ha tenido repetidamente problemas que nunca antes habrían sucedido.
Aunque el iPhone de Apple sigue siendo popular y sigue siendo la empresa más rica del mundo, la sensación es completamente diferente. Ya no tiene el poder dominante de la era del fundador, sino que se parece a Microsoft, que apenas comenzaba a subir y bajar durante diez años. atrás.
El secreto de la victoria de TSMC
Los nuevos iPhone 6s y 6s Plus de Apple son los primeros procesadores A9 de Apple diseñados por dos fabricantes, TSMC y Samsung. Este asunto es bien conocido por la comunidad tecnológica y los inversores de Taiwán. No fue hasta que iFixit, un conocido sitio web estadounidense, desarmó dos teléfonos móviles de Apple que acababan de ser lanzados y descubrió que los procesadores A9 fabricados por TSMC y Samsung eran en realidad de modelos diferentes y fáciles de identificar, lo que desató una batalla a nivel mundial. para medir la locura de los productos “fabricados en Taiwán” y “fabricados por Samsung” por las diferencias de eficiencia.
Los internautas de todo el mundo también se sorprendieron al descubrir que, según diferentes métodos, como reproducir películas y ejecutar software de prueba, el procesador de escritorio puede ahorrar casi un 30 % de energía en comparación con la versión de Samsung.
Desde entonces, las negativas a comprar "productos Samsung" en Hong Kong y otros países han obligado a Apple a responder. La declaración oficial que Apple envió al famoso sitio web de tecnología estadounidense Techcrunch es: "Algunos laboratorios mantienen el procesador bajo una carga elevada hasta que se agota la energía. Esto no es consistente con situaciones de la vida real... Nuestros datos de prueba y los datos de los clientes (Editor: El seguimiento de los teléfonos Apple vendidos) muestra que la diferencia real en la duración de la batería entre el iPhone 6s y el 6s Plus es sólo del 2-3% en todas las partes". Sin embargo, Techcrunch señala que esto se basa en el uso promedio de todos los consumidores. En este caso , La eficiencia de ahorro de energía de Apple no es razonable. Porque jugar constantemente a juegos móviles y mirar vídeos puede ser una "situación común" para algunos usuarios intensivos de tecnología, y esas personas son las que más se preocupan por la duración de la batería.
¿Por qué el proceso de TSMC está sometido a una carga elevada y es capaz de ahorrar energía significativamente en comparación con sus competidores?
Un profesor de ingeniería eléctrica que no quiso ser identificado dijo que TSMC ha publicado 16 artículos técnicos sobre el último proceso FinFET de 16 nm. Pero no hay idea de que ahorre mucha energía. Pero eso no es sorprendente. El rendimiento del proceso de producción en masa real de TSMC suele ser mejor que la información pública. "Dejará una mano".
Según su análisis teórico, los esfuerzos anteriores de la industria fueron reducir el consumo de energía durante el modo de espera. Pero esta vez, parece que la ventaja del nuevo proceso de TSMC es que puede ejecutar transistores con menor consumo de energía bajo cargas elevadas. "Esto es asombroso".
Sin embargo, muchas personas cuestionan que el proceso de 14 nm de Samsung sea más pequeño que el proceso de 16 nm de TSMC. En teoría, ¿no es el proceso de semiconductores más pequeño y más eficiente energéticamente?
De hecho, se trata de una batalla entre TSMC y Samsung, un proceso de lucha turbulento.
Un ejecutivo de productos front-end reveló una vez a los periodistas que el proceso FinFET de 16 nm proporcionado por TSMC para Apple originalmente debía llamarse FinFET de 20 nm. Debido a que el medio paso mínimo de los transistores en este proceso es similar al proceso CMOS de 20 nm de la generación anterior producido en masa, solo se reemplazan los revolucionarios transistores FinFET de ahorro de energía.
Pero el cliente respondió que su proceso es similar al de Samsung, excepto que el nombre de Samsung es 14 nm y el suyo es 20 nm. Los productos vendidos en el mercado mediante procesos TSMC pueden considerarse fácilmente como una generación detrás de Samsung y aburrirse.
TSMC siguió un buen consejo y rápidamente cambió el nombre, pero sólo se atrevió a llamarlo 16 nm. "Al menos todavía tenemos algo de conciencia y no nos atrevemos a gritar casualmente como Samsung", dijo el ejecutivo de recepción con una sonrisa irónica.
Si echamos un vistazo a la historia de la fabricación de semiconductores, las generaciones tecnológicas pasadas se han adherido a la Ley de Moore: entre un año y medio y dos, el ancho de línea del tamaño más pequeño de un transistor se ha reducido 0,7 veces ( el área se ha reducido 0,49 veces (casi la mitad). Está coordinado por la organización internacional International Semiconductor Technology Blueprint Alliance (ITRS), lo que lleva a la industria a avanzar rápidamente.
TSMC también ha rendido homenaje a este instrumento en el pasado, y aún continúan los 90 nm, 65 nm y 45 nm.
Pero a 32 millas náuticas, debería estar en camino en 2010. Zhang Zhongmou, que acababa de regresar como CEO en ese momento, hizo un movimiento extraño, saltándose los 32 nm y lanzando una generación de proceso de 28 nm con un área de transistor que es un 20% más pequeña. La eficiencia y el costo son muy superiores a los productos de 32 nm de la competencia.
Los campos de Samsung, IBM y Grofonde fueron tomados por sorpresa y su ritmo fue caótico. Como resultado, 28 nm se convirtió en la generación más rentable y dominante en la historia de TSMC.
Este es un nivel táctico con el que Zhang Zhongmou, quien siempre ha sido conocido por su pensamiento y estrategia profundos, no es familiar para la gente común.
Con este precedente, el hecho de que Samsung "se salte" los 20 nm esta vez y ataque directamente el FinFET de 14 nm sólo puede considerarse como un contraataque exitoso de "tratar a los demás con su propia medicina".
Pero en la próxima batalla del A10 en 2016, Samsung puede ser completamente derrotado.
Chang Chung-mou anunció hace cuatro años que TSMC entraría en el campo del embalaje, lo que conmocionó a la industria en ese momento. Pero ahora se ha demostrado que es fructífero. Se espera que el paquete a nivel de oblea de distribución integrada (InFO) más avanzado de TSMC se utilice en el procesador A10 por primera vez.
El analista de Citigroup Securities, Roland Shu, dijo en el último informe que el negocio de la información debería ser difícil de ganar dinero en el corto plazo, pero puede diferenciar a TSMC de su rival Samsung Come. Si el procesador A10 del iPhone 7 de Apple lanzado el próximo año utiliza tecnología InFO y es propiedad exclusiva de TSMC basada en tecnología InFO, “es probable que TSMC gane una proporción abrumadora de los pedidos de A10.
”