芯片工艺制程的升级速度越来越快：台积电官宣芯片新工艺“N4P”

在芯片工艺制程的升级速度越来越快的时候，有半导体的专业人士表示：芯片的工艺制程已经马上就要接近一个物理上的极限。简单点来说，就是当生产芯片的工艺制程达到了2nm、1nm之后，可能就会让原本的“摩尔定律”失效，得不到更大的芯片性能提升。

其实专业人士的分析并不是没有道理的，我们可以看大目前在芯片的工艺制程上，虽说台积电、三星等都在追求更为先进的工艺制程，但其实升级的速度正在不断地变得缓慢下来。那么要想延缓这样的摩尔定律失效时间，芯片工艺制程上应该要怎么做呢?

这个问题，台积电发布的新工艺制程给了我们一个很好的答案。

台积电今天宣布了一个新的制程工艺节点“N4P”——看起来是4nm，但其实是5nm的又一个版本，确切地说是N5、N5P、N4之后的第四个版本、第三个升级版，注重高性能。

台积电称，N4P工艺相比最初的N5工艺可提升11%的性能，或者提升22%的能效、6%的晶体管密度，而对比N4可将性能提升6.6%。

此外，N4P工艺会重复使用多层遮罩，因此可大大降低工艺复杂度，加快晶圆生产速度。

台积电称，N4P工艺是为客户5nm工艺平台产品升级准备的，不但可以最大化挖掘投资价值，还可以更快、更高效地升级N5工艺产品。

台积电表示，第一款基于N4P工艺的产品预计2022年下半年流片。

台积电宣布推出N4P 制程工艺，这是 5nm 技术平台的以性能为重点的增强版。据悉，该款制程N4P 加入了业界最先进、最广泛的前沿技术流程组合。凭借 N5、N4、N3 和最新添加的 N4P，这也意味着台积电的客户将拥有更好的产品功率、性能、面积的选择。

据公开资料显示，该款产品作为台积电 5nm 家族的第三次重大改进，N4P 将比原始 N5 技术提供 11% 的性能提升，比 N4 提升 6%。与 N5 相比，N4P 还将提供 22% 的电源效率提升以及 6% 的晶体管密度提升。此外，N4P 通过减少掩模数量降低了工艺复杂性并缩短了晶圆周期时间。

根据智慧芽数据显示，截至最新，台积电及其关联公司在126个国家/地区中，共有66248件专利申请(详见图1)。其中，发明专利占99.27%。从专利趋势上来看，台积电的专利年申请量目前最低867件，最高7109件，整体而言台积电的专利申请趋势呈现逐年递增的趋势。此外，根据智慧芽专利行业基准对比数据可知，可以说基本上台积电上述专利平均价值与行业专利平均价值相比，台积电的行业专利平均价值要高出行业平均价值不少，只有极少数低于行业平均价值，占比30%左右。做为台积电5奈米家族的第三个主要强化版本，N4P的效能较原先的N5增快11%，也较N4增快6%。相较于N5，N4P的功耗效率提升22%，电晶体密度增加6%。同时，N4P借由减少光罩层数来降低制程复杂程度，且改善晶片的生产周期。

从此前台积电命名的方式来看，我们可以通俗的理解为这是4nm工艺制程。但事实却恰好相反，台积电所谓的新工艺制程其实只是一个5nm的升级版本。换句话说，这个工艺制程也有性能的提升，但是没有我们常规中所想象的那般从5nm跳跃到4nm性能提升那么大。说句难听的话就是，只是把5nm的技术稍微的提升了一下，然后包装成了所谓的4nm工艺制程技术，成就了一个4nm芯片工艺制程的假象。

目前，台积电拥有相当成熟的 5nm 工艺，苹果 A15 就是基于台积电最新 5nm 工艺打造，相比去年的 A14 性能提升，功耗降低。同时，台积电还推出 4nm 工艺，天玑 2000 将基于 4nm 工艺打造。除此之外，台积电 3nm 工艺可能在明年量产，英特尔成为该技术的最大客户。

如今，台积电又带来了 N4P 工艺，相较于 4nm 也有小幅性能提升，按照苹果乐于尝鲜的作风，下一代 A16 有很大概率会基于 N4P 工艺打造。先前就有传言称，苹果下一代处理器会首发台积电 3nm 工艺，但因为技术限制，3nm 的量产时间被推迟，产能也无法保证，所以猜测苹果可能会转为更稳妥的 4nm 工艺。如今，N4P 制程的出现，无疑给苹果提供更好的选择。

希望借此赢得明年苹果公司A16处理器代工订单。台积电表示，凭借5nm(N5)、4nm(N4)、3nm(N3)、以及最新的N4P制程，将能够为产业界提供多样且强大的技术组合选择。

说是4nm工艺，实际上N4P和此前台积电推出的N6性质一样，都是当前工艺节点的进一步增强版。从下图能够看出，在台积电追随摩尔定律的工艺节点推进路线图中，是没有6nm这一标识的。

从时间节点上我们不难看出，台积电N4P工艺的目标是明年苹果A16处理器订单。根据此前的报道，苹果A16处理器确实将会采用台积电4nm工艺，以此实现更强的性能表现。根据爆料消息，凭借台积电N4P工艺，以及芯片内部的架构创新(CPU大核升级为Avalanche、小核升级为Blizzard)，A16处理器相较于A15处理器的性能提升将会达到20%以上，有爆料称是22%。

可能有人会疑惑，此前台积电不是说2022年下半年大规模量产3nm吗?N4P的出现是否意味着N3的延期，从目前的爆料消息来看，三星和台积电的3nm进展都不如预想中那么顺利，存在漏电和性能提升不达标等情况，预计台积电3nm量产时间将推迟4个月左右，很有可能为苹果A17处理器提供代工服务。