◎林修民
日本經濟新聞於2024年8月26日報導半導體調查企業TechanaLye社長清水洋治表示 : 經過分析，儘管良率上仍存有差異，但是中國晶片的技術實力，目前僅落後台積電3年的水準，其比較台積電2021年量產的5奈米「KIRIN 9000」，以及2024年中芯國際量產的7奈米「KIRIN 9010」後，作出上述結論。根據報導，二者的處理性能已基本相同。
華為手機Mate 60 Pro，採用中芯國際7奈米製程生產的處理器。有專家指出，在美國的出口管制下，中國的半導體產業自主最多只到7奈米為止。 （彭博）
「KIRIN 9010」是由華為旗下的海思半導體設計，由中國晶圓代廠商中芯國際負責量產，這一處理器在今（2024）年4月上市的華為最新款智慧手機Pura 70 Pro上使用；而2021年的應用處理器「KIRIN 9000」是由海思半導體設計，台積電負責量產，雖然是2021面世，但其實是2020年中美國禁令生效前委託台積電製造當時最先進5奈米製程，理論上那應該是四年前產品，而非三年。
比較基準點不同
該日本調查公司是以系統效能做為比較的基準。但事實上微處理器的效能是由兩個部分所組成：IC設計與IC晶圓代工製造，兩種共同組成最後的效能表現。如果以大家耳熟能詳的例子就是例如輝達（Nvidia）專攻IC設計，再交由台積電晶圓代工之後才會產生最後的AI晶片。
華為沒有晶圓代工的工廠，雖然有傳言華為自己正在建廠，但至少現在還沒量產。（彭博）
華為沒有晶圓代工的工廠，雖然有傳言華為自己正在建廠，但至少現在還沒量產。所以嚴格來講，應該說是採用中芯7奈米製程的最新華為海思效能接近之前華為在台積電採用5奈米製程的微處理器，直接得到中國晶片落後台積電三年的結論，有點拿香蕉去比西瓜誰比較甜，因為畢竟台積電沒有IC設計部門，不會去跟客戶搶生意。
製程與電晶體數目
半導體製程為什麼要微縮?例如從7到5再到3奈米? 因為這表示電晶體可以越做越小，那在相同面積下就可以塞進更多的電晶體。 計算機架構所有增進效能的技術都需要更多的電晶體，例如intel 第一個CPU才只有2300個電晶體，但台積電3奈米的的單一晶片就可以容納超過200億顆電晶體。如果你製程無法繼續微縮，那你電晶體的總數就只能停留在原地。
設計架構進步
而華為在面對半導體繼續原地踏步的情況下，唯一提高系統效能的方法就是靠IC設計架構的進步，根據中國網路軟體實測的影片，華為增加效能的方法包括採用電路架構更寬的micro-op dispatch width，或是更精準的分支預測（Branch prediction）。
由於安謀（ARM）也是受美國制裁無法提供手機微處理器架構授權，華為就把原本用在伺服器上面的鯤鵬處理器拿來用在手機上，改名叫泰山，這樣的結果就是效能能夠大幅進步，故如果你只看某些效能評比，的確能夠得到接近台積電5奈米的結論。
製程落後的缺點功耗大與散熱降速
大家或許會問，既然把原本伺服器用的處理器拿來放在手機上就可以大幅增加效能，那大家就通通把伺服器的處理器拿來手機上用就好，何必開發手機專用的微處器? 沒錯，就是因為手機使用的環境與伺服器不一樣，所以世界上主流才會把CPU分為伺服器、桌上型、筆電/手機型，而且這種分法還不只CPU，連DRAM也分為行動（Low Power） DRAM與一般DRAM兩種。
為何要這麼多種應用場景的半導體? 舉一個最簡單的兩分法就好，伺服器的環境電力供應無虞，也在冷氣環境當中，但手機用的移動環境，電力供應卻是用電池的，對於功耗錙銖比較，而也沒有冷氣環境，故分至少兩種半導體應用設計非常正常，華為把伺服器用的核心放在手機上，是在美國制裁底下不得已的做法，絕非正常。
台積電的已經從5奈米進步到3奈米，明年會又會到2奈米，有更多空間可以放電晶體。（路透）
而華為此種作法，短期效能的確會接近之前台積電5奈米製造產品，但長時間下來卻會因為功耗過大，散熱不易，這就是為什麼網路上實測的影片得到華為新手機玩遊戲長時間需要降頻的結論，影片的frame數目需要大降，等冷卻後再能再回到原本frames數目。
而總共受限於電晶體的數目固定，因為製程無法持續微縮，華為透過電路設計架構優化是唯一能夠增加系統效能的方法，但這種類似挖東牆補西牆，不像在台積電的已經從5奈米進步到3奈米，明年會又會到2奈米，有更多空間可以放電晶體，更多電晶體表示可以用更複雜更先進的電路，故中國的半導體製造不只落後台積電三年，而且差距還在擴大中。
（作者為科技專欄作家）
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