SemiAnalysis tiết lộ nút N+3 của SMIC có mật độ tương đương nút N6 của TSMC mà không cần EUV

Sắp xếp & biên dịch: Shenchao TechFlow

Khách mời: Dylan Patel, người sáng lập SemiAnalysis

Người dẫn chương trình: Không có (video bình luận độc lập)

Nguồn podcast: SemiAnalysis

Liệu Trung Quốc vừa vượt mặt Intel?

Ngày phát sóng: 20 tháng 7 năm 2026

Tuyên bố lợi ích: Video này là bản giải thích báo cáo công khai đầu tiên từ phòng thí nghiệm phân tích STEEL thuộc SemiAnalysis, trực tiếp quảng bá sản phẩm phân tích trả phí của họ. SemiAnalysis có mối quan hệ cạnh tranh thương mại trực tiếp với TechInsights – một ông lớn lâu năm trong lĩnh vực phân tích (hiện đang được bán cho quỹ đầu tư tư nhân, doanh thu của SemiAnalysis đã vượt TechInsights). Nội dung dưới đây trình bày trung thực các phân tích kỹ thuật của họ và không đại diện cho quan điểm của tạp chí này.

SemiAnalysis đã cắt mở chip flagship mới nhất của Huawei, Kirin 9030, và đo chiều rộng dây kim loại mỏng nhất dưới kính hiển vi điện tử. Kết quả khiến bất ngờ: khoảng cách kim loại nhỏ nhất của quy trình 7nm thế hệ thứ ba của SMIC, N+3, chỉ là 32,5 nanomet, nhỏ hơn 36 nanomet được Intel sử dụng trên Panther Lake với quy trình 18A mới nhất. Một nhà máy bán dẫn Trung Quốc bị cắt nguồn cung máy quang khắc EUV đã vượt qua mật độ đường dẫn của nút công nghệ dẫn đầu của Intel.

Tuy nhiên, SemiAnalysis tự trong báo cáo của mình đã cảnh báo rằng con số này được chọn một cách có chủ ý. N+3 thực sự đã bắt kịp mật độ transistor của N6 TSMC, nhưng đổi lại là phải sử dụng bốn lần tạo họa tiết, nhiều mask hơn, chi phí cao hơn và tỷ lệ thành phẩm thấp hơn; hiệu năng và tiêu thụ năng lượng còn tụt hậu xa hơn,麒麟 9030 có lẽ chỉ ngang với các điện thoại cao cấp Android cách đây ba năm. Nói cách khác, chip Trung Quốc vẫn còn tụt hậu vài năm, nhưng tụt hậu không có nghĩa là bị kẹt cứng. Các biện pháp kiểm soát xuất khẩu đã không ngăn được Trung Quốc, mà chỉ thay đổi một bài toán khác. Câu cuối cùng trong video đáng để suy ngẫm nhất: Trung Quốc không cần phải đuổi kịp TSMC, chỉ cần tốt đến mức hoàn toàn không còn cần TSMC là đủ.

Về con số tiêu đề đáng kinh ngạc đó

• Một nhà máy bán dẫn Trung Quốc bị cắt đứt các công cụ tiên tiến nhất, không có EUV, đã đạt mật độ đường dẫn gần hơn khoảng 10% so với nút EUV dẫn đầu của Intel.
• Khoảng cách kim loại nhỏ nhất chỉ là một phần của mật độ, nó không cho thấy bộ chuyển mạch logic nhanh đến đâu hay tiêu thụ bao nhiêu điện.
• This number is real, but what it measures doesn't determine who wins.

Làm thế nào để đạt được mật độ cấp EUV mà không có EUV?

• EUV allows you to shoot a detailed pattern with roughly one shot. Without EUV, you need to be more creative.
• Mỗi lần đi qua thêm một lần, lại thêm một lớp lớp bảo vệ, thêm một lần căn chỉnh, thêm một cơ hội sai sót, chi phí cao hơn, tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu thấp hơn.
• SMIC thực sự đã dùng sức mạnh thô bạo để đạt được mật độ tương đương EUV cho DUV, nhưng đổi lại là nhiều mask hơn, nhiều bước hơn và nhiều khả năng thất bại hơn. Điều này không thể coi là ngang sức.

Về việc mật độ bằng nhau và hiệu suất tụt hậu

• Đường dây mỏng hơn, mật độ tăng lên, nhưng cơ sở vật chất của các nút không theo kịp.
• Các nhân hiệu suất thấp nhỏ bé của Apple lại có hiệu năng nguyên số vượt trội so với các nhân lớn của Huawei, trong khi chỉ tiêu thụ 1 watt, trong khi các nhân lớn của Huawei cần tới 4,5 watt.
• SMIC đã chọn nhầm chiều hướng.

Về lý do tại sao mọi người vẫn sợ Trung Quốc

• Chậm vài năm và bị đóng băng hoàn toàn là hai chuyện khác nhau.
• Bạn có thể tiếp tục trèo tường, nhưng tường sẽ ngày càng dốc hơn.
• Các biện pháp kiểm soát xuất khẩu đã không ngăn được Trung Quốc, mà chỉ đổi thành một bài toán khác mà Trung Quốc đang giải.

Về những động thái quyết định thực sự

• Trung Quốc không cần phải trở thành TSMC mới có ý nghĩa. Họ chỉ cần tốt đến mức hoàn toàn không còn cần TSMC.

Hiện tại, thế giới sản xuất bán dẫn được chia thành hai nhóm: những người có máy quang khắc EUV và những người không có. Việc thiếu EUV là một bất lợi rõ ràng đối với Trung Quốc, nhưng khoảng cách sản xuất này thực sự lớn đến mức nào?

Đây là con chip HiSilicon Kirin 9030, được sử dụng trong chiếc điện thoại flagships mới nhất của Huawei. Vài tuần trước, SemiAnalysis đã cắt nó ra và đặt dưới kính hiển vi điện tử để đo khoảng cách kim loại – đoạn dây dẫn mỏng nhất bên trong chip. Kết quả quan sát được khiến mọi người bất ngờ.

Kích thước khoảng cách kim loại nhỏ nhất bên trong Kirin 9030 chỉ là 32,5 nanomet, nhỏ hơn cả Panther Lake, trong khi Panther Lake sử dụng quy trình 18A mới nhất của Intel. Một nhà máy bán dẫn Trung Quốc bị cắt đứt tiếp cận các công cụ tiên tiến nhất và không có EUV, mật độ đường dẫn của nó còn chặt hơn khoảng 10% so với quy trình EUV dẫn đầu của Intel.

Trong video này, hãy làm rõ ba điều: SMIC đã làm thế nào để đạt được điều đó mà không có EUV; tại sao đường nét mỏng hơn không nhất thiết có nghĩa là tốt hơn; và tại sao ngay cả khi tụt hậu vài năm, Trung Quốc đã bắt đầu trở thành một người chơi quan trọng trên bàn sản xuất wafer.

Hãy nói trước về những con số và phép đo này đến từ đâu, vì bản thân sự việc này khá thú vị.

SemiAnalysis đã thành lập một phòng thí nghiệm tháo rời có tên STEEL, viết tắt của SemiAnalysis Teardown Engineering and Evaluation Lab. Tháo rời, như tên gọi, là việc tháo rời vật lý các con chip tiên tiến nhất thế giới để phân tích ngược cách chúng được sản xuất. Trong khoảng hai thập kỷ qua, chỉ có một công ty có thể thực hiện việc này ở quy mô lớn, nhưng giờ đây thì không còn như vậy nữa.

Vì vậy, mọi thứ bạn sẽ thấy tiếp theo—khung cắt, độ rộng đường, số lượng transistor—đều trực tiếp đến từ STEEL.

Nằm trên “bàn mổ” là Kirin 9030, SoC cao cấp của Huawei, dựa trên quy trình 7 nanomet thế hệ thứ ba của SMIC, với mã nội bộ N+3, cũng là quy trình tiên tiến nhất hiện nay tại Trung Quốc.

Nhưng một con số đơn lẻ không có ý nghĩa, cần có điểm so sánh. Vì vậy, STEEL cũng đã phân tích một con chip khác, MediaTek Helio G99, một SoC giá rẻ cho điện thoại di động, được sản xuất trên quy trình N6 của TSMC. Lý do rất đơn giản: N6 của TSMC và 7nm N+3 của SMIC nằm ở cùng một cấp độ, cùng một mức độ tiến bộ. Một con được sản xuất bằng thiết bị tốt nhất phương Tây, một con được sản xuất tại Trung Quốc dưới sự kiểm soát xuất khẩu. Đặt hai con chip này dưới cùng một kính hiển vi, kết quả hy vọng sẽ kể nên một câu chuyện đầy đủ.

Đừng vội so sánh với tiêu đề Intel 18A, hãy xem trước N+3 so với N6. SMIC có đạt được khoảng cách kim loại nhỏ hơn N+3 so với N6 không? Câu trả lời đơn giản là có.

Khoảng cách kim loại nhỏ nhất trong Kirin 9030 là 32,5 nanomet, trong khi khoảng cách kim loại mỏng nhất của Helio G99 dựa trên N6 là 40 nanomet, sự khác biệt khá đáng kể.

Nhưng “dây mỏng hơn” nói về mật độ, tức là có thể nhét bao nhiêu logic vào một milimét vuông, chứ không trực tiếp cho biết chip hay nút này tốt hay xấu. Khoảng cách kim loại nhỏ nhất chỉ là một phần của phương trình, nó không thể cho biết tốc độ chuyển mạch logic nhanh đến đâu hay tiêu thụ bao nhiêu điện năng.

Chỉ xét về mật độ, SMIC thực sự đã làm được điều đó. N+3 khoảng 113 triệu transistor mỗi mm², trong khi TSMC N6 khoảng 108 triệu. Vì vậy, đúng vậy, nút DUV mới nhất của SMIC thực sự có mật độ vượt quá một nút EUV.

Vậy thì không có EUV, làm sao đạt được mật độ cấp EUV? Có hai cách, mỗi cách đều có chi phí riêng.

Mẹo đầu tiên là đa-patterning. EUV cho phép bạn tạo ra một mẫu tương đối tinh vi trong một lần phun. Nếu không có EUV, bạn cần sáng tạo hơn. Cách làm là tạo ra một mẫu thô đầu tiên, sau đó lắng đọng một lớp spacer mỏng dọc theo các cạnh, rồi ăn mòn, và sử dụng các spacer này như một lớp mask mới, tinh vi hơn. Giống như vẽ một đường thẳng, sau đó viền hai cạnh của nó để tạo ra hai đường mảnh hơn, rồi lặp lại quá trình này một lần nữa. Thực hiện một lần gọi là tự đồng bộ hóa hai lần pattern (SADP), tự đồng bộ hóa vì spacer tự hình thành dọc theo mẫu đã có. Thực hiện hai lần gọi là bốn lần pattern (SAQP). Lớp mỏng nhất của SMIC cần phiên bản bốn lần này.

Mỗi lần đi thêm một vòng, lại thêm một lớp màng bảo vệ, thêm một lần căn chỉnh, thêm một cơ hội mắc lỗi, chi phí cao hơn, tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu thấp hơn. "Bạn biết tôi không thích tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu thấp."

Mẹo thứ hai là DTCO, tối ưu hóa đồng thời thiết kế và quy trình công nghệ. Nghĩa là không còn coi thiết kế chip và quy trình sản xuất là hai vấn đề độc lập, mà cùng tối ưu hóa cùng nhau. Về mặt thực thi, điều này bao gồm thu nhỏ chính bản đồ ô: mỗi transistor sử dụng ít vi鳍 hơn, đặt tiếp xúc cổng trực tiếp lên trên vùng hoạt động thay vì lệch sang một bên, hoặc thu nhỏ khoảng cách cách điện giữa các ô lân cận.

Mỗi kỹ thuật DTCO đều giúp thu hồi một chút diện tích, nhưng đồng thời cũng làm cho transistor trở nên dễ tổn thương hơn và khó mô hình hóa hơn. Do đó, SMIC thực sự đã bắt kịp mật độ của node EUV TSMC, nhưng bằng cách sử dụng nhiều mask hơn, nhiều bước hơn và nhiều khả năng thất bại hơn để brute force DUV. Điều này không thể coi là ngang sức.

Mật độ trông có vẻ ấn tượng, nhưng chính điều đó cũng là điểm bắt đầu sụp đổ. Vì diện tích là chiều dễ thay đổi nhất, còn công suất và hiệu năng thì khó hơn nhiều.

Kể từ khi định luật Dennard mất hiệu lực vào giữa những năm 2000, quy tắc cũ mang tên Robert Dennard (khi transistor thu nhỏ lại thì nhanh hơn và tiết kiệm điện hơn) đã không còn tồn tại. Sự gia tăng miễn phí đã kết thúc; sau khi áp dụng DTCO, tốc độ và hiệu suất phải được cạnh tranh riêng biệt, không thể đồng thời có cả hai.

Đây chính xác là những gì có thể thấy trên nút SMIC N+3. Kirin 9030 Pro là một con chip tương đối dày đặc, nhưng hiệu năng chỉ khoảng bằng các flagship Android cách đây ba năm. So với những con chip tốt nhất hiện nay của Apple, Qualcomm, MediaTek và Samsung, hoàn toàn không ở cùng một cấp độ. Sự chênh lệch về hiệu suất còn lớn hơn cả sự chênh lệch về tốc độ.

Ví dụ điển hình nhất là các nhân hiệu suất thấp nhỏ bé của Apple, loại thực sự rất nhỏ. Hiệu năng nguyên số của các nhân E của Apple còn vượt trội hơn cả nhân prime core lớn của Huawei, trong khi chỉ tiêu thụ khoảng 1 watt, trong khi nhân prime core của Huawei tiêu thụ 4,5 watt. Tính theo hiệu năng trên mỗi xung nhịp, nhân prime core của Huawei rơi vào khoảng mức của Arm Cortex-X2, thiết kế năm 2021. Nói thật, đây là một thành tựu kỹ thuật khá đáng khen. Nhưng Apple năm 2020 với M1, ở mức công suất tương đương, còn nhanh hơn khoảng 35% trên mỗi xung nhịp. Và nhóm dẫn đầu hiện tại còn vượt xa cả hai bên này nhiều bước.

Vì vậy, N+3 có lợi thế nhẹ về mật độ so với N6 của TSMC, nhưng N6 đã là một nút công nghệ cách đây nhiều năm rồi. Apple và Qualcomm đã đang sản xuất chip trên N4, N3—mật độ cao hơn và đường cong điện áp-tần số tốt hơn nhiều. Chip dựa trên N2 cũng sẽ ra mắt vào cuối năm nay. Họ có nhiều transistor hơn, mỗi transistor đều đóng/mở nhanh hơn với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn. SMIC dường như đã theo đuổi sai chiều hướng. Dù các đường dây đã mỏng hơn và mật độ tăng lên, nhưng các đặc tính vật lý của nút công nghệ lại không theo kịp.

Đặt N+3 và 18A mới nhất của Intel cạnh nhau, sự khác biệt sẽ rõ ràng hơn. Về mặt lý thuyết, 18A có thể đạt khoảng cách kim loại M0 32 nm, tương đương với N+3. Tuy nhiên, trên Panther Lake, Intel sử dụng rất nhiều tế bào hiệu năng cao, khiến khoảng cách kim loại được nới rộng lên 36 nm.

Theoretically, a more relaxed M0 pitch also brings cost and yield benefits by reducing complexity. However, this assumes you have the freedom to decide where and how to scale, meaning that while the headline “finer than Intel” is technically true, it doesn’t convey competitiveness. The numbers are real, but what they measure doesn’t determine who wins.

Về mật độ transistor, 18A rõ ràng vượt trội so với N+3, ngay cả khi khoảng cách kim loại hơi lỏng lẻo một chút. Bởi vì chip không chỉ đơn thuần là mật độ, và mật độ cũng không chỉ là khoảng cách kim loại M0. Việc cung cấp điện từ mặt sau cho phép bạn giảm khoảng cách kim loại ở mặt trước, vì kết nối nguồn điện được dẫn vào từ mặt sau của chip.

Vậy thì tại sao mọi người vẫn sợ Trung Quốc? Vì chậm vài năm và bị đình trệ hoàn toàn là hai chuyện khác nhau.

SMIC vẫn còn không gian phát triển trên DUV. Các lớp kim loại thấp hơn mịn hơn, chẳng hạn như M0 chỉ là lớp kim loại đầu tiên, sau đó còn nhiều lớp khác nữa. Các ô đơn vị ngắn hơn, khoảng cách cổng chặt hơn. Về mặt lý thuyết, thế hệ N+4 trong tương lai có thể bắt kịp mật độ của TSMC N5, còn N+5 với nguồn điện phía sau có thể đạt mật độ tương đương Intel 18A. Nhưng xin nhắc lại, chỉ là về mật độ, còn công suất và hiệu năng thì không theo kịp.

Chìa khóa là độ khó được tích lũy. Mỗi tối ưu hóa riêng lẻ đều hợp lý, nhưng không có EUV để gộp tất cả lại, mỗi nút mới đều chậm hơn, đắt hơn và ít dung thứ hơn so với nút trước đó. Bạn có thể tiếp tục leo tường, nhưng tường sẽ ngày càng dốc hơn.

Các biện pháp kiểm soát xuất khẩu đã không ngăn được Trung Quốc, mà chỉ đổi thành một bài toán khác mà Trung Quốc đang giải.

Và kiến thức đang lan rộng. SMIC bị yêu cầu cấp phép N+2 và N+3 cho các nhà máy bán dẫn trong nước khác. Nếu kinh nghiệm sản xuất này chuyển sang các bộ xử lý tăng tốc AI, điểm nút bị khống chế sẽ không còn là một nhà máy bán dẫn đơn lẻ có thể bị trừng phạt, mà là cả một hệ sinh thái.

Tổng quan nhanh về nút 7 nm N+3 của SMIC. Không có EUV, chưa có cấp điện từ mặt sau. Độ phức tạp cao hơn, chi phí cao hơn, khoảng cách về hiệu suất là thực tế. Dựa trên mọi chỉ số quan trọng ở mức tiên tiến nhất, Trung Quốc chưa thu hẹp được khoảng cách với TSMC, Intel và Samsung. Điều này rõ ràng dưới kính hiển vi.

Nhưng “kém tiên tiến” và “không quan trọng” là hai chuyện khác nhau. Nếu chip trong nước tốt đến mức có thể sử dụng trong điện thoại, suy luận, mạng lưới và mọi lĩnh vực nhạy cảm về bảo mật, thì đó mới là chiến thắng. Trung Quốc không cần phải trở thành TSMC mới có ý nghĩa. Họ chỉ cần tốt đến mức hoàn toàn không còn cần TSMC nữa.

Tất cả nội dung trong video đều đến từ STEEL: phân tích ghi chú, phân tích cấp block, mặt cắt điện tử hiển vi cắt xuyên qua logic và bộ nhớ. Video có nhiều nội dung chưa được mở rộng: quy trình sản xuất đầy đủ, phân tích vật liệu, đo chiều cao fin, tháo rời bao bì. Nếu bạn muốn xem phân tích sâu về nút công nghệ mới nhất của SMIC, hãy xem bài viết phân tích của SemiAnalysis, liên kết ở phần mô tả video.

Đây là báo cáo công khai đầu tiên của STEEL, và chắc chắn sẽ còn nhiều báo cáo khác nữa. Nếu bạn thích nội dung này, hãy đăng ký theo dõi. "Tôi rất muốn nghe ý kiến của các bạn về điều này. Tốt đến mức không còn cần TSMC nữa, thì có đủ tốt chưa? Hãy cho tôi biết trong phần bình luận."