麒麟9030 Pro拆解揭示中国在先进芯片制造领域的新策略

麒麟9030 Pro为华为最新的Mate 80 Pro和 Mate 80 Pro Max提供动力。该芯片由中国最大的代工厂中芯国际（SMIC）采用其最先进的N+3工艺节点制造。SemiAnalysis有幸对其进行了拆解分析，探究其工作原理，并发现了一些令人惊讶的结果。 麒麟9030 Pro的最小（M0）金属线宽仅为32.5纳米，比英特尔基于18A工艺制造的Panther Lake处理器所采用的36纳米略为紧凑。

这一发现尤为引人注目，因为英特尔采用极紫外光刻（EUV）技术制造其最新芯片，而中芯国际则因多年受美国主导的出口限制，无法获得 ASML 的 EUV 光刻机，只能依赖较旧的深紫外光刻（DUV）设备。 此次拆解让我们得以一窥中国芯片制造商如何通过日益精妙的工程设计，将成熟的制造技术推向新的高度，同时也凸显了仅凭单一指标来评判半导体工艺所存在的局限性。

什么是金属间距？

芯片的最小金属间距通常被称为M0层。现代处理器包含多层微米级的铜布线，这些布线将数十亿个晶体管连接在一起。金属间距简单来说就是相邻导线之间的距离。间距越小，在相同面积内就能容纳更多的布线资源（从而容纳更多的逻辑电路）。

SemiAnalysis测得麒麟9030 Pro最小的布线层间距为32.5纳米，而采用台积电N6工艺制造的联发科Helio G99则约为40纳米。 该媒体估计，中芯国际的N+3工艺每平方毫米可集成约1.13亿个晶体管，略高于台积电N6工艺每平方毫米1.08亿个晶体管的估计密度。考虑到中芯国际的工艺完全依赖深紫外（DUV）光刻技术，而英特尔则采用极紫外（EUV）光刻技术，这些数据令人印象深刻。

中芯国际如何将DUV技术推向超出预期的水平

一个迫切的问题是：中芯国际如何在没有EUV的情况下实现了EUV级别的线宽密度。 答案在于制造工艺的复杂性。中芯国际并未直接刻印极细微的电路特征，而是大量依赖自对准四重光刻（SAQP）技术——这种先进的光刻技术能有效提升老旧深紫外（DUV）设备的分辨率。

该工艺首先曝光一个相对粗糙的图案，随后沿其边缘沉积薄层间隔层材料。这些间隔层随后成为新的光掩模，能够定义更窄的结构。通过多次重复该过程，工程师得以制造出远小于原始曝光通常所能达到的特征尺寸。

每次额外的光刻步骤都需要新的光掩模、新的对准工序，同时也增加了制造缺陷的风险。工艺步骤的增加会直接导致晶圆成本上升、良率下降以及生产周期延长。中芯国际实际上是通过制造上的坚持来弥补EUV技术的缺失，而非依靠根本上更优越的光刻技术。

高集成密度并非仅靠光刻技术就能实现

抛开光刻技术的巧思不谈，SemiAnalysis将中芯国际密度提升的很大一部分归功于“设计技术协同优化”（DTCO）——这种方法将半导体制造与芯片架构视为一个整体共同开发，而非将其视为独立的学科。

工程师们不再仅依赖缩小晶体管尺寸，而是直接优化标准逻辑单元：缩小隔离区、重新布置接触点、缩减晶体管鳍片并重新规划布局，从而实现空间利用率的渐进式提升。

华为并未将绝大部分芯片面积用于CPU核心，而是将相当一部分分配给了缓存。 大容量缓存减少了向外部LPDDR5X内存的昂贵访问次数，在降低延迟的同时也降低了功耗。

半导体性能不仅取决于晶体管微缩，同样也取决于智能的数据调度，麒麟9030 Pro正是架构优化已与制造工艺本身同等重要的有力证明。

性能却讲述了另一个故事

在考察实际性能时，麒麟9030 Pro——进而也是中芯国际——的不足之处便显而易见。尽管华为这款最新旗舰CPU的晶体管密度颇具竞争力，但其性能表现却仅与几年前的高端Android处理器大致相当。在能效方面，差距甚至更大。

SemiAnalysis指出，在某些整数工作负载下，苹果的小效率核心不仅能超越华为的主CPU核心，功耗还仅为1瓦左右，而华为最高性能核心的功耗则约为4.5瓦。 同样，泰山架构的性能虽可与2021年的Arm Cortex-X2相媲美，但在类似功耗水平下，2020年推出的苹果M1处理器仍能实现显著更高的每时钟周期指令数。

因此，麒麟9030 Pro揭示了现代半导体开发的一个重要现实：仅凭晶体管密度已无法定义行业领导地位。

中国半导体产业志存高远

此次拆解最终揭示的远不止电子显微镜下那项令人印象深刻的测量数据。出口管制无疑延缓了中国在半导体领域的雄心，但也迫使华为和中芯国际等企业寻求替代路径。这两家公司似乎不再完全依赖传统的工艺节点缩小，而是越来越专注于架构优化。

今年早些时候，华为的何廷波在IEEE国际电路与系统研讨会（ISCAS）上介绍了该公司所谓的“Tau缩放定律”。该框架提出，减少芯片内的信号传播延迟将成为半导体进步的下一个主要驱动力。单纯缩小晶体管尺寸只是整个拼图中的一小部分。

诸如LogicFolding等技术——通过重组电路布局来缩短关键布线路径——正是该战略的核心。华为表示，今年晚些时候推出的未来麒麟处理器（很可能是麒麟9040）将成为首批采用LogicFolding技术的商用芯片。 该公司认为，其长期路线图最终有望在2031年前后实现与14埃（1.4纳米）级制造工艺相当的晶体管密度。

中国可能不会永远依赖深紫外光刻（DUV）

据路透社最近的一项调查显示，经过多年对西方技术的逆向工程，中国研究人员已经研制出一台可运行的极紫外（EUV）光刻机原型机。据报道，该原型机已于2025年初开始测试，并能够产生极紫外光，尽管它尚未制造出可正常工作的芯片，且在精密光学等关键领域仍落后于ASML。 路透社援引的消息来源称，中国政府希望在2028年前后利用该系统生产芯片，但2030年被认为是一个更现实的目标。如果华为的架构创新最终与国产EUV光刻技术相结合，到本十年末，中国的半导体发展路线图可能会呈现出截然不同的面貌。