苹果谷歌高通放弃3D堆叠路线,手机芯片继续深耕EUV工艺

台积电内部消息确认,主流手机芯片厂商暂无采用逻辑3D堆叠技术计划,主因散热、成本与良率挑战;在EUV尚未触顶前,厂商选择持续优化现有工艺路径,A16工艺因侧重HPC将由NVIDIA首发,移动芯片厂商转...

半导体/芯片

半导体行业正面临物理极限的严峻挑战。随着晶体管尺寸逼近原子级,传统摩尔定律驱动的微缩已难以为继。在此背景下,3D堆叠(3D stacking)技术一度被视为延续性能增长的关键路径——通过垂直集成多层芯片,实现更高密度与带宽。然而,最新来自台积电供应链的消息显示,主流手机芯片厂商正集体回避这一方向。

据台积电资深工程师@aogT透露,苹果、谷歌等头部厂商已明确表示短期内不考虑在移动SoC中采用逻辑3D堆叠技术;高通虽未公开表态,但业内亦无其推进相关项目的迹象。值得注意的是,该判断并非临时转向,而是长期战略取舍的结果:3D堆叠虽能提升集成度,却带来显著副作用——热密度急剧上升、制造复杂度倍增、良率控制难度加大,整体成本效益比在移动设备严苛的功耗与体积约束下并不理想。

文章配图

相比之下,EUV(极紫外光刻)工艺仍在持续释放潜力。台积电N+2、N+1等衍生节点通过设计-工艺协同优化(DTCO)、多重 patterning 等手段,不断逼近物理极限。例如,中国厂商在无EUV条件下,依托DUV多重曝光(如SAQP四重曝光)已实现N+3工艺量产,最小金属间距达32.5nm,晶体管密度约113.4 Mtr/mm²,甚至优于台积电N6工艺。这侧面印证:在设备受限或成本敏感场景下,EUV并非唯一解,而当前高端移动芯片仍以EUV为主流路径。

更关键的是,手机芯片对“先进”技术的采纳始终以实用性为前提。以台积电即将量产的A16工艺为例,其首次引入SRP(Super Power Rail)超级电源轨技术——即背面供电(Backside Power Delivery Network, BSDN)方案,旨在解决高算力芯片的供电瓶颈。该技术与英特尔18A工艺中的PowerVIA属同一技术路线,但实现方式不同。然而,A16因定位高性能计算(HPC),功耗与散热特性并不适配移动平台。因此,苹果、高通、联发科等厂商已决定跳过A16,直接规划A14工艺节点用于下一代手机SoC。

这一决策进一步凸显移动与高性能计算芯片在技术路线上的分化。服务器与GPU芯片虽同样面临互连与供电挑战,但其封装空间充裕、散热系统强大,可承担更高成本与复杂度。例如,服务器芯片目前普遍采用die-to-wafer(D2W)键合而非细间距混合键合;而存储芯片中的逻辑单元则依赖wafer-to-wafer(W2W)键合实现亚微米级对准——因其结构规整、重复性高,更适合高精度键合工艺。

值得玩味的是,NVIDIA将成为A16工艺的首发客户,搭载其下一代Feynman GPU架构。这是自55nm时代以来,NVIDIA时隔20年再度首发台积电新制程节点。背后动因清晰:GPU对供电效率与局部功耗密度要求极高,SRP技术可显著降低IR压降,提升核心频率稳定性;而移动芯片厂商因产品形态限制,无法充分利用该技术红利。

从产业演进角度看,手机芯片厂商的保守并非停滞,而是精准权衡后的理性选择。3D堆叠在存储领域(如HBM3e)已成熟应用,但在逻辑芯片领域仍处早期验证阶段。IMEC与三星等机构虽在研发混合键合(Hybrid Bonding)与纳米级TSV(硅通孔),但量产门槛极高。台积电CoWoS-R等2.5D封装已在AI加速器中普及,但纯3D逻辑堆叠(如Chiplet-on-Chiplet垂直集成)尚未进入消费电子主战场。

此外,背面供电技术本身也面临工程挑战:需重构后道工艺流程,增加晶圆减薄、通孔填充、金属再布线等步骤,良率爬坡周期长。对于年出货量超10亿颗的手机芯片而言,任何工艺变更都必须经过严格的风险评估。相比之下,EUV在N3P、N2等节点仍有优化空间——例如提升数值孔径(High-NA EUV)将于2026年导入,有望将分辨率推进至8nm以下,为移动芯片提供至少两代以上的演进余地。

两片带有彩虹色干涉条纹的硅晶圆叠放,表面呈现规则的集成电路图案阵列

行业共识正在形成:移动芯片的“先进性”不等于“最前沿”,而在于“最适合”。在电池容量、机身厚度、温控阈值等硬约束下,能效比与可靠性优先于绝对性能峰值。这也解释了为何苹果A17 Pro与高通骁龙8 Gen 3均未采用3D堆叠,而是通过FinFET优化、缓存分级、AI加速单元异构设计等方式实现能效跃升。

未来几年,3D堆叠可能率先在特定场景落地:例如折叠屏手机的副屏驱动芯片、AR眼镜的微型投影SoC,或车规级MCU中集成传感器融合模块。但对主流旗舰手机SoC而言,EUV深化仍是主旋律。当High-NA EUV全面铺开、成本逐步下降后,3D堆叠或将在2028年后迎来真正拐点——前提是散热与供电问题获得系统性突破。

眼下,台积电A14与三星SF2工艺的竞争焦点,仍将围绕EUV层数压缩、金属互连电阻降低、低漏电FinFET结构优化展开。手机芯片的演进,仍在既定轨道上稳步推进。