即便是完全不了解芯片制造的人，想必也都聽過5nm、7nm。近年來常常被用作第一定語的制程工藝，不僅成了消費(fèi)電子宣傳時的營銷術(shù)語，其實也在半導(dǎo)體業(yè)界掀起了又一批潮流。不僅僅是A15、驍龍888、麒麟9000和谷歌Tensor這些手機(jī)SoC，還有不少IP與芯片廠商也都紛紛開展了自己的制程切換工作。

隨著近期臺積電3nm可能陷入瓶頸的傳聞流出，許多人都猜測我們可能會在5nm的階段延遲一到兩年的時間。在各大代工廠的4nm出來之前，不妨先來看下有哪些廠商已經(jīng)做好了5nm的規(guī)劃。

AI芯片

今年一月，Ambarella公布了一款基于5nm制程的AI視覺處理器CV5。CV5支持錄制8K視頻或4個4K視頻流，適用于智能汽車攝像頭系統(tǒng)、無人機(jī)等消費(fèi)級攝像頭和機(jī)器人攝像頭。CV5基于三星5LPE制程節(jié)點(diǎn)打造，結(jié)合了Ambarella強(qiáng)大的CVflow AI引擎，使用雙核Arm A76 CPU為各種AI算法提供所需的高性能，比如ADAS和SLAM。

CV5 AI視覺芯片 / Ambarella

得益于5nm的制程福利，CV5在錄制8K@30FPS的視頻時，功耗甚至不到2W，錄制8K@60FPS的視頻時功耗不到5W。這種功耗使得該SoC可以作為各種微型攝像方案的首選，比如GoPro等運(yùn)動相機(jī)，既做到了高分辨率高FPS的實時回放，又解決了功耗過大造成的發(fā)熱和續(xù)航問題。Ambarella的上一代CV25使用的僅僅是10nm制程，此次一舉跳至5nm，也證明了在AI視覺領(lǐng)域5nm帶來的誘惑力非常足。

同樣用到了三星5nm制程的還有一家剛成立一年多的韓國芯片公司Rebellions，這家僅有26名工程師的Fabless公司主攻金融交易、PIM、自動駕駛汽車和云服務(wù)器這些特定領(lǐng)域的芯片。前不久，韓國資產(chǎn)管理公司Qraft宣布將委托Rebellions打造一款A(yù)I金融芯片。

對Qraft有所了解的可能聽過這家公司的推出的AI選股ETF，通過AI對特斯拉等股票進(jìn)行低買高賣的操作，創(chuàng)造了不小的回報率。但其系統(tǒng)仍基于通用GPU打造，為了滿足客戶不斷增長的需求，Qraft決定讓Rebellions打造一款獨(dú)立的AI芯片。Rebellions認(rèn)為根據(jù)其開發(fā)團(tuán)隊多年的芯片設(shè)計經(jīng)驗，加上三星5nm帶來的優(yōu)異PPA表現(xiàn)，這種AI NPU芯片在高并發(fā)的金融交易中，性能表現(xiàn)可以遠(yuǎn)勝通用的CPU和GPU方案。在AI自動交易中，該芯片可以將微秒級的反應(yīng)時間進(jìn)一步減半。

服務(wù)器芯片

倚天710 / 阿里巴巴

同樣在5nm上大放異彩的還有服務(wù)器芯片，比如前不久發(fā)布的倚天710。阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司平頭哥在云棲大會上發(fā)布了這款業(yè)界性能最強(qiáng)的ARM服務(wù)器芯片，該芯片基于臺積電5nm制程打造，采用了Armv9架構(gòu)，內(nèi)含128顆核心，CPU主頻最高達(dá)到3.2Ghz，還支持最新的DDR5內(nèi)存和PCIe 5.0接口。根據(jù)阿里巴巴給出的數(shù)據(jù)，這款芯片性能超過業(yè)界標(biāo)桿20%，能效比更是提升了50%以上，未來將用于阿里云的數(shù)據(jù)中心。

OCTEON 10結(jié)構(gòu)框圖 / Marvell

有著相同操作的還有Marvell，今年1月公布的OCTEON 10 系列DPU同樣采用了Arm的Neoverse N2處理器。該系列的旗艦DPU400最多包含36顆N2核心，最大頻率達(dá)到2.5GHz，支持12通道5200MT/s的DDR5內(nèi)存和8通道的PCIe 5.0。同樣在5nm的助力下，這款旗艦的典型功耗僅為60W，對比之下，Marvell目前OCTEON TX2系列旗艦CN98XX的最大功率可達(dá)120W。Marvell也提到5nm帶來如此低的功耗，可以讓OCTEON 10用上無風(fēng)扇的設(shè)計。

RISC-V芯片

盡管RISC-V架構(gòu)比較新，但先進(jìn)制程上的進(jìn)度倒是一點(diǎn)沒有落下。當(dāng)下不少高性能的RISC-V都采用了7nm制程，比如平頭哥的玄鐵910和Esperanto 的ET-SoC-1，RISC-V的擴(kuò)展性在先進(jìn)制程上得到了完美的體現(xiàn)。

E76內(nèi)核 / SiFive

今年4月，知名RISC-V公司SiFive宣布旗下OpenFive業(yè)務(wù)部門成功流片了首個臺積電5nm的RISC-V芯片。該SoC采用了2.5D封裝，集成了SiFive的E76 32位CPU內(nèi)核，OpenFive的D2D接口和HBM3 IP子系統(tǒng)，支持高達(dá)7.2Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。根據(jù)SiFive的說法，這款SoC非常適合AI和HPC這樣的高性能應(yīng)用，而且SoC中其他部分在授權(quán)后可以用于其他臺積電N5的設(shè)計。

以太網(wǎng)交換機(jī)芯片

為了給下一代5G運(yùn)營商邊緣網(wǎng)絡(luò)和最新的RAN部署模型做好準(zhǔn)備，Marvell推出了首個5nm的50G PAM4設(shè)備，Prestera DX 7321以太網(wǎng)交換機(jī)芯片。通過與上文提到的OCTEON 10 DPU結(jié)合，可以提供比現(xiàn)有方案低上50%的功耗。

這款5nm芯片帶來的不僅有功耗上的優(yōu)勢，還有速度上的優(yōu)勢。端口速度最高可達(dá)400Gbps，合計帶寬最高達(dá)到1.6Tbps。無論是Open RAN、vRAN還是傳統(tǒng)的RAN架構(gòu)都能享受到性能提升。這顆芯片的存在也意味著在與博通Trident系列芯片爭奪市場份額時，有了一定的優(yōu)勢，但后者已經(jīng)開始了5nm服務(wù)器芯片的篩選，相信不久后也會在交換機(jī)芯片上發(fā)力。

小結(jié)

5nm這樣的制程為頻率、能耗比和I/O速度等參數(shù)均帶來了提升，對于看重這些參數(shù)的市場玩家來說，先一步做好5nm芯片的設(shè)計與布局，就有可能占據(jù)先機(jī)。但從以上芯片的功用我們也可以看出，除了手機(jī)SoC，基本都與消費(fèi)電子產(chǎn)品無關(guān)。

這不僅是因為消費(fèi)電子與芯片設(shè)計本身的成本控制，7nm以下的制程還有很大的性能優(yōu)化空間也是原因之一。如果過早選用先進(jìn)制程，很可能被逐漸放緩的摩爾定律牽著鼻子走，難以做到可觀的隔代提升。不過若是急于彎道超車的話，倒是可以把5nm作為加速的催化劑。