本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自eetimes
采用3nm代工艺的芯片正在陆续出现。
使用 3nm 代工艺制造处理器的趋势日益增长。2023年9月，“苹果A17 Pro”处理器作为台积电首款3nm芯片，在“iPhone 15 Pro”上首次亮相市场。同年11月，苹果突然为MacBook Pro采用了3nm M3/M3 Pro/M3 Max芯片，并于2024年5月开始发售搭载M4的iPad Pro。以上五款芯片均为台积电代工的苹果处理器。
第六款商用的3nm芯片是Exynos W1000，采用三星电子（以下简称三星）的3nm GAA（Gate All Around）工艺制造。它安装在三星的Galaxy Watch 7上。第七款是英特尔分别于2024年9月和10月发布的笔记本电脑处理器“CORE Ultra（开发代号：Luner Lake）”和台式机处理器“CORE Ultra（开发代号：Arrow Lake）”。作为chiplet的一部分，英特尔采用了两种硅片：采用台积电3nm工艺的CPU，或者内部制造的CPU/GPU/NPU（神经处理单元）。
同期发布的第八款芯片是高通的“骁龙 8 Elite”和联发科的“Dimensity 9400”。这两款芯片都用于高端智能手机，将于 2024 年 10 月底在小米和 vivo 的中国设备中首次亮相。到2025年，该芯片将被三星、索尼等公司采用。
苹果M4 Pro/M4 Max于2024年11月发布，搭载3nm芯片，用于Mac mini和MacBook Pro。2024年下半年有一批“大牌产品”采用3nm制造，而毫无疑问，2025年3nm产品的数量将进一步增加。可以肯定的是，中高规格智能手机和下一代Copilot + PC将是“3nm”。此外，预计2026年后3nm的应用将拓展至汽车、网络领域。这次笔者将报道用于智能手机的新型3nm处理器，Snapdragon 8 Elite和Dimensity 9400。
小米 15搭载骁龙 8 Elite图1为骁龙8 Elite的封装，该芯片将搭载于小米的高端智能手机小米15上。封装采用POP（Package On Package）结构，其中存储器堆叠在一起。直到几年前，即使是高端计算机的内存容量也只有 6 到 8 GB，但从 2024 年起，内存容量将几乎翻倍，达到 12 到 16 GB。在封装端子表面嵌入了对稳定处理器操作单元的电源具有高效作用的电容器。它是硅电容器与陶瓷电容器相结合的混合结构。硅电容放置在CPU的正上方，激活率和频率较高，而陶瓷电容则放置在GPU和摄像头ISP（图像信号处理器）的正上方。这是为了优化功能和特性。
图1：高通“骁龙8 Elite”封装。来源：Techanalye
图2显示了骁龙8 Elite的硅电容器。硅上没有任何功能，只形成电容。它由台积电制造，并由高通设计。与陶瓷电容器不同，其尺寸可以通过设计来确定，因此未来封装嵌入式硅电容器的数量可能会增加。硅电容器已应用于苹果的所有 A 系列和 M 系列处理器、三星的 Exynos 2400 以及高通用于个人电脑的 Snapdragon X Elite 中。
图 2：骁龙 8 Elite 的硅电容器。来源：Techanalye
一款体现台积电3nm工艺“做工品质”的芯片图3是骁龙8 Elite的硅片在剥离布线层后的照片。其搭载了高通基于Arm架构的专有CPU“Oryon”、该公司自己的GPU Adreno 12核、作为NPU的“Qualcomm Hexagon”以及5G调制解调器。此外，智能手机所需的所有功能，例如视频核心、摄像头ISP和显示控制器，都集成到单个硅片中。Oryon 由两个 Oryon L（大）核心和六个 Oryon M（中）核心组成，前者用于高端处理，具有高速运算和扩展的 L1 缓存，后者处理速度较慢，缓存容量较小。L面拥有12MB的L2缓存，M面也拥有12MB的缓存。
图 3：剥离布线层后的骁龙 8 Elite 硅片照片。来源：Techanalye
4nm 和 3nm 骁龙芯片对比图 4比较了高通上一代高端处理器采用 4nm 工艺制造的骁龙 8 Gen 3 与采用 3nm 工艺制造的骁龙 8 Elite。CPU 核心、GPU 核心和 DRAM 通道的数量没有变化，但是 CPU 和 GPU 都得到了更新。
图 4：4nm 与 3nm 骁龙对比。来源：Techanalye
虽然图中未显示，但骁龙 8 Gen 3 的总缓存为 12MB，但骁龙 8 Elite 将其增加了一倍，达到 24MB。频率大幅提升，从骁龙 8 Gen 3 的 3.40GHz 提升至骁龙 8 Elite 的 4.32GHz，提升了 27%。三星新款智能手机Galaxy S5搭载了Galaxy版骁龙8 Elite，运行频率更高，达到4.57GHz。尽管功能和速度都有所提升，但从 4nm 到 3nm，面积却减少了约 11%。台积电3nm第二代N3E工艺的优异表现带来了显著的提升。
vivo X200 Pro搭载天玑9400图 5显示了“vivo X200 Pro”安装的 Dimensity 9400 的封装。基本结构与高通相同，但封装端子侧嵌入的电容仅为陶瓷电容。像高通那样，直接放在高速计算器上面。
图 5：vivo X200 Pro 中安装的 Dimensity 9400 封装。来源：Techanalye
图6为Dimensity 9400布线层剥离的硅片照片。基本功能和高通的几乎一样。然而，有两个主要区别。高通使用自己设计的 CPU 和 GPU，而联发科则原封不动地使用 Arm 内核。
图 6：Dimensity 9400 布线层剥离的硅片照片。来源：Techanalye
“ALL Big”配置正在崛起其拥有华丽的CPU配置，包含一颗目前最顶级的“Cortex-X925”高端核心，三颗上一代最顶级的“Cortex-M4”，以及四颗中高规格CPU“Cortex-A720”。它没有采用性能较低但面积小、功率效率高的E核，而是完全由高端核组成。相较于Arm提出的“big.LITTLE”架构，该架构结合了性能核心和高效核心（现在甚至入门级机型也在使用），天玑9400采用的是“ALL Big”配置。
在3nm时，集成密度大幅提升，甚至可以充分缩小中端CPU的面积，因此预计3nm时ALL Big将会增加。联发科已经公布了该芯片所含晶体管的数量。通过计算硅片面积和晶体管数量，可以计算出每平方毫米的平均集成密度。从4nm到3nm，集成密度增加了约40%！
图 7对 4nm Dimensity 9300 与 3nm Dimensity 9400 进行了比较。虽然这个数字与高通27%的频率提升相比有些温和，但频率提升了约12%，芯片配备了最新的CPU和GPU，硅片面积减少了10%。迈向 3nm 的影响是巨大的。
图 7：4nm Dimensity 9300 与 3nm Dimensity 9400 对比。来源：Techanalye
高通、联发科是调制解调器龙头图 8比较了 Snapdragon 8 Elite 和 Dimensity 9400。除了上述两家公司外，其他能够开发搭载5G调制解调器的高端处理器的厂商还包括三星、华为、紫光展锐等。苹果A系列的性能也很高，但5G调制解调器采用的是不同的硅片。在内置调制解调器方面，高通和联发科始终处于领先地位。虽然配置和核心略有不同，但骁龙 8 Elite 与天玑 800 的面积差距仅有 2.5%。可以肯定地说，它们的面积大致相同。两者的开发和实施能力水平大致相同。
图 8：骁龙 8 Elite 与 Dimensity 9400 的比较。来源：Techanalye
图 9比较了大约八年前发布的 Exynos 8890 和 Snapdragon 820。两者的功能几乎完全相同，且均采用相同的三星 14nm 工艺制造。面积差别仅为2%。顶尖厂商之间的开发和实施能力始终处于相互竞争的状态。
图 9：“Exynos 8890”与“骁龙 820”对比。来源：Techanalye
表1比较了骁龙8 Elite和Dimensity 9400的球距和电源IC。虽然有一些差异，但几乎相同。两家公司将继续携手并进。
表 1：骁龙 8 Elite 与 Dimensity 9400 的球距和电源 IC 比较。来源：Techanalye
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