電子發燒友網報道(文/吳子鵬)根據韓國媒體的最新報道,三星Exynos 2500的良品率目前僅為20%,遠低于量產標準,但三星仍在積極尋求解決方案,以期在今年10月前將良品率提升至60%。
據悉,導致Exynos 2500良率不佳的原因是,這顆SoC基于三星第二代3nm GAA制程工藝——SF3工藝,然而目前第二代SF3工藝的良率僅為20%。
三星第二代SF3工藝進展不如預期
今年初,有知情人士向韓媒透露,三星已經開始試產自己第二代SF3工藝,被視為該公司發展的一大里程碑。
三星于2022年開始量產第一代SF3工藝,并公布3nm GAA架構。在這個架構里,三星首次實現了GAA“多橋-通道場效應晶體管”(MBCFET),打破了FinFET技術的性能限制,通過降低工作電壓水平來提高能耗比。如下圖所示,三星3nm GAA架構采用了寬通道的納米片,相較于窄通道納米線的GAA 技術,這種結構創新能夠帶來更好的性能和能耗比。
先進工藝路線迭代,圖源:三星
三星在技術博客中提到,寬通道的納米片讓 MBCFET結構有4個平面作為溝道,優化了On-Off特性,從而降低工作電壓并帶來更高的功率效率。根據三星方面的數據,第一代SF3工藝相較于5nm工藝,可以使功耗降低45%,性能提升23%,芯片面積減少16%。
寬通道納米片和窄通道納米線對比,圖源:三星
相較于三星第一代SF3工藝,第二代SF3工藝可以在同一單元內實現不同的柵極全能(GAA)晶體管納米片通道寬度,提供更大的設計靈活性。此外,第二代SF3工藝能夠顯著改善芯片的PPA特性,以更高的晶體管密度實現更好的芯片性能。三星方面的數據顯示,第二代SF3工藝可以使功耗進一步降低50%,性能提升30%,芯片面積減少35%。
根據三星公布的工藝路線圖,第二代SF3工藝可能命名為SF3P,采用優化的3GAP+結構。按照原計劃,三星希望在今年6月份,也就是當下的階段將第二代SF3工藝的良率提升到60%,以順利量產商用的Exynos 2500手機芯片,不過目前良率改善的進展明顯不如預期,第二代SF3工藝良率僅為20%。
三星先進工藝路線圖,圖源:三星
不過,三星目前依然對第二代SF3工藝和Exynos 2500手機芯片量產充滿信心,以期在今年10月前將良品率提升至60%。
三星欲打造十核性能怪獸
在三星內部,對Exynos 2500手機芯片寄予厚望,認為其是延續三星高端手機配三星高端芯片戰略的重要一步,如果Exynos 2500量產計劃不順,三星可能要在Galaxy S25系列上被迫去選擇高通的旗艦芯片,這并不是該公司想要的旗艦手機戰略,認為在差異化創新方面是有欠缺的。
據悉,三星Exynos 2500的設計理念是采用最先進的3nm工藝,和堪稱“堆料”的架構設計,在性能和能耗表現上超越高通同期的驍龍8芯片。在產品設計方面,三星Exynos 2500被認為將繼續采用“1+2+3+4”的十核四叢集CPU架構,這一架構和Exynos 2400是一致的。
在Exynos 2400上,三星便是采用了十核四叢集CPU架構,包括1個超大核(Arm [email protected])、2個高頻大核(Arm [email protected])、3個低頻大核(Arm [email protected])和4個小核(Arm [email protected])。在GPU方面,Exynos 2400配備了基于AMD最新GPU構架RDNA3的Xclipse 940 GPU,提供了改進的游戲性能和光線追蹤性能。另外,為了增強AI性能,Exynos 2400還搭載了一款名為“17K MAC”的NPU。不過,Exynos 2400并沒能用上三星的第一代SF3工藝,而是選擇了4LPP+工藝,比三星初代的SF4工藝更好,但是性能不如高通驍龍8 Gen3所采用的臺積電(TSMC)N4P工藝。
在Exynos 2500上,三星選擇了近乎孤注一擲的做法。不僅基于第二代SF3工藝打造,而且將十核四叢集里面的核心進行了升級。據悉,Exynos 2500將會改用Arm Cortex-X925超大核和Arm Cortex-A725大核,相比Exynos 2400中的Arm Cortex-X4和Arm Cortex-A720會帶來性能的進一步提升,最高主頻可能達到3.6GHz。
Arm Cortex-X925超大核被認為是Arm公司近些年最大的性能飛躍,是Arm公版架構中最新的超大核架構,內部代號為代號“Blackhawk”(黑鷹)。Arm Cortex-X925是Arm CEO Rene Haas的工作重點之一,目標是盡可能縮小與蘋果自研CPU內核的差距,甚至是超越。與現階段的Arm Cortex-X4相比,Arm Cortex-X925單核性能提升36%,亂序 (OoO) 執行能力提升 25-40%。
率先搭載Arm Cortex-X925超大核的并不是三星的Exynos 2500,而是聯發科天璣9400,據悉聯發科參與了Arm Cortex-X925的研發。聯發科天璣9400將采用臺積電第二代3nm工藝制程N3E,芯片的性能也是非常值得期待的,預計將會是2025年性能最強的手機處理器之一。
雖然聯發科天璣9400和三星Exynos 2500都還沒有發布,不過此前一份跑分數據讓我們得見Arm Cortex-X925超大核的性能。在一份曝光的跑分成績單上,2GHz主頻的Arm Cortex-X925超大核的IPC性能已經和蘋果A17 Pro接近。而在聯發科天璣9400和三星Exynos 2500上,這款核心的主頻將超過3GHz。正如Arm公司所言,Arm Cortex-X925超大核將引領單線程 IPC 的發展
在大核方面,三星預計將從Exynos 2400的Arm Cortex-A720升級到Arm Cortex-A725。預計這一升級將和高通驍龍8 Gen4保持一致,后者在驍龍8 Gen3也是采用了Arm Cortex-A720這款大核。當然,雖然驍龍8 Gen3核心數量少,但是核心的主頻更高,其中大核方面,擁有3個主頻3.2GHz的Cortex-A720大核+2個主頻3.0GHz 的Cortex-A720大核,這使得驍龍8 Gen3的性能非常強勁。
Arm Cortex-A720是第一個基于Armv9.2架構的高性能內核,與其前身Cortex-A715相比,將能效提高了20%,能夠在功率受限的情況下,提供超高的性能。Arm Cortex-A725是第二代Armv9.2架構內核,與Arm Cortex-A720相比提高了25%的效率和12%的性能。Arm Cortex-A725和Arm Cortex-A520是和Arm Cortex-X925一起發布的“中等”和“小型”核心,因此這是一套完整的核心體系。
從制程和核心配置來看,三星Exynos 2500具有非常大的野心,希望借助三星第二代SF3工藝,以及十核架構打造一個“性能怪獸”,讓三星Galaxy S25系列在高端旗艦智能手機領域更具性價比。
不過,如上所述,即便三星對Exynos 2500的規劃一切順利,但是其面臨的市場競爭壓力也是非常大的。雖然Exynos 2500擁有更多的核心,不過高通驍龍8 Gen4就算不增加核心,在更高主頻的情況下,性能也可能不輸Exynos 2500,甚至是比Exynos 2500更出色。值得注意的是,高通的超大核是基于ARM架構自研的,性能會得到進一步優化。此外,聯發科天璣9400也是野心勃勃,預計將由1顆Cortex-X925超大核、3顆Cortex-X4超大核、4顆Cortex-A7系列大核組成,全大核的配置在性能方面同樣不容小覷。
結語
從當前的進展來看,Exynos 2500的量產已經落后最初設定的日程,三星第二代SF3工藝成為掣肘產品量產的因素。不過,三星目前對此依然信心滿滿,認為通過幾個月的技術攻關,能夠在今年10月份之前解決第二代SF3工藝的良率問題,提升到60%以上的量產水平。
在Exynos 2500上,三星繼續沿用十核四叢集CPU架構,并將會在超大核和大核方面采用Arm公司最新的產品。不過即便如此,三星Exynos 2500也會在市場競爭中倍感壓力,高通驍龍8 Gen4和聯發科天璣9400也都實力強勁。不過,對于三星而言的好處是,如果Exynos 2500計劃順利,三星高端旗艦手機的規劃將更加靈活,也能夠提供更高的產品性價比。
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