要說最近硬體圈最大的一件事就是華為 Mate 60 Pro 突然開售，大家應該沒意見吧？

在突然開售後， Mate 60 Pro 也像一座金礦一樣，被各路媒體老師不斷挖掘。

之前託尼也蹭上了這臺手機的熱度，在拿到實機的第一時間跟大家分享了上手體驗。（ 指路：上手華為Mate60 Pro後，我更期待它的未來表現了。）

不過，託尼覺得只有上手體驗這還不夠，因為關於大家最關心的 5G 麒麟晶片，我還沒有給大家講清楚。

但當託尼和硬體部小夥伴們策劃這個選題的時候，發現關於 Mate60 Pro 以及麒麟 9000S 的資訊基本上已經被同行們給講完了。

可惡。。。終究還是手慢了。

為了不跟同行們重複講一樣的東西，我們稍微換了個思路——繞開了處理器本身，看看華為在「 造晶片 」這塊還有沒有什麼料可以挖。

結果發現還真有！

實際上，這個東西並不是託尼先看到的，而是一位名叫 「 問題先生 」 （ Mr Question ）的博主先看到的。

問題先生在業內還是很知名的，據說有 20 多年的半導體相關從業經驗。

兩個多月前，他發了一個視訊，分析了華為剛剛解禁的一項半導體電晶體制備專利。

他根據專利的文字描述推測，華為打算在傳統 FinFET （ 鰭式場效應電晶體 ）的基礎上挖兩道凹槽，通過改良 FinFET 的結構，提升了電晶體漏電的控制能力。

進而降低了功耗，改善了性能。

問題先生預估：在同製程下， 「 華為 FinFET」 的能效比傳統 FinFET 提升 20% ，可以把7nm 工藝發揮出 5nm 的性能；5nm製程做成3nm的能效。

海外企業們大開大合，剛搞完 5nm 就想搞 3nm 。華為則是未雨綢繆，考慮著怎麼能從上一代製程上擠出更多的水分。

而且 7nm 工藝的極限好像真的被華為這個專利探索出來了不少，真就是______。（ 跟我說出那四個字！ ）

但。。。職業習慣讓我多做了一步操作，我試著去搜了下問題先生提到的華為專利（ 編號：CN116266536A ，感興趣的小夥伴可以去看看 ），結果發現問題先生猜錯了。

是這樣的，問題先生之所以會猜錯，是因為他只看到了專利前面部分的文字描述，然後根據專利的文字描述自己畫了一張結構圖。（ 這個操作，其實已經相當大佬了 ）

但這個自制的結構圖和華為官方的專利配圖差的還是有點兒遠，所以才誤解了華為設計兩道凹槽的實際作用。

等到我們再去智慧財產權局的資料庫裡查資料的時候，華為已經把對應的專利配圖給補上了。

通過看華為自己提供的圖片，我們才發現了這兩道凹槽的真正作用。

簡單來說，華為專利裡提到的兩道凹槽實際上是用來分別形成源極跟漏極的，這個源極跟漏極相當於開關的兩端，當開關閉合時，電流會從源極入，從漏極出。

那麼這個專利真正講的東西是什麼呢？

它講的是華為研發出了一種電晶體制作的改良工藝，通過這個改良工藝，可以讓製作高介電常數金屬柵極（ High-K Metal Gate ）的製作步驟減少。

這個高介電常數金屬柵極技術是28nm 製程節點後的必備技術，但以往的製作工藝複雜，導致它比發展更早、性能更差的多晶矽柵極 ( Poly Gate ) 技術，要多出幾個工藝步驟，這樣會造成生產週期延長以及成本增加的問題。

在專利中，華為講到，改良後的工藝可以節省至少 3 個主要工藝步驟，以及若干個次要工藝步驟。

從理論來說，這樣可以降低整體的生產難度，提升不少良率，進而大幅降低成本，華為的初步預估是每片晶圓至少可以節省 20 美金。

按照之前 Mate 系列出貨量以百萬計的情況來看，假如華為真的要開始自己造晶片了，那麼實裝這項專利，就能給華為省下一筆相當可觀的成本。

同行們想要借鑑還得給華為交專利費。

贏麻了。。。_______！（ 再次說出那四個字 ~ ）

嗯。。。不過，雖然節省成本的專利也很棒，可它並不是大家原本猜測的那樣，把 「7nm」 當 「5nm」 耍的炸裂技術。

把實際情況和我們的心理預期做對比，就顯得這個專利好像也並沒有那麼厲害了。

所以本來我們稍微有點兒心灰意冷，打算跟大家稍微解釋一下這個小小的專利烏龍就結束了。

不過就在託尼找資料的過程中還發現，華為這次放出來的專利不是一個，而是一批！

其中另外一個編號 CN116636017A 的發明專利，看起來相當有意思。

不賣關子，在這項專利的文件中，華為直接把FinFET ，和GAAFET或ForksheetFET ，做進一個積體電路里。

並且簡化了電路的製作步驟！

這裡可能會有小夥伴要問了：這個突然冒出來的 GAAFET 和 Forksheet FET 又是什麼呢？

無論是咱們前面講到的 FinFET ，還是這個 GAAFET 和 Forksheet FET （ GAAFET 的升級變種 ），它們都是電晶體的一種結構類型。

相比 FinFET，GAAFET 和 Forksheet FET 的漏電控制性能更強。

其中 FinFET 是目前晶片製造中的主流方案，而 GAAFET 和 Forksheet FET 還未實現量產，但是因為 3nm 之後的工藝更難控制 FinFET 的漏電，所以未來一定是屬於 GAA 和 Forksheet 的。

誒不過。。。既然 GAAFET 和 Forksheet FET 更先進，為什麼華為還要把它們跟 FinFET 做進一個積體電路里呢？

全用 GAAFET 或者 Forksheet FET 不就得了？

emmmmm ，是這樣的。

一方面是因為 FinFET 跟 GAAFET（ 包含變種：Forksheet FET ）都有自己的優缺點。

像 FinFET ，它隨著製程工藝的升級，尺寸的縮小，會出現漏電流控制性能變差的問題。

這給大家提一嘴漏電流是怎麼回事：實際上，電流並不是百分之百從電晶體的源極流向漏極的，這期間有些不受控制的電子會溜掉，這樣一來就會產生漏電，而漏的電流越多，會導致功耗和發熱越嚴重。

而 GAAFET/ Forksheet FET ，這類結構在尺寸縮小後，依舊可以保留出色的漏電流控制表現，所以很適合用在 5nm 製程節點之後的晶片上。

但 GAAFET/ Forksheet FET 也有一個缺點，那就是它的電阻會比 FinFET 更大。

所以即使是 3nm 的積體電路里，也不能一味只用 GAA 或者 Forksheet ，也還是需要根據實際情況搭配 FinFET 進行設計。

一個簡單的 CMOS 放大版積體電路版圖

比如：晶片裡的邏輯電路，它是負責運算的，在運算時電路中的電晶體們會進行頻繁的開和關（ 其中 「 開 」 代表二進位制中的 「1」 ， 「 關 」 代表 「0」 ，以此來處理數字信號 ），這樣就對電晶體的漏電流表現有更高的要求。

同時為了算得更快，電晶體的數量自然也是越多越好。

所以，邏輯電路需要那種在尺寸縮小後，依舊可以有出色的漏電流控制表現的電晶體，那自然就是 GAAFET 或 Forksheet FET 了。

但是像需要處理連續資訊的信號的類比電路，以及有高電壓需求的輸入輸出電路，它們需要電阻更小的通道，自然就是用 FinFET 更合適。

看到這大家應該就明白了，華為的做法相當於：我在一個積體電路中，根據需求來設計 FinFET 和 GAAFET 或 Forksheet FET ，比如輸入輸出電路、模擬信號處理電路用 FinFET ，邏輯電路用 GAAFET 或 Forksheet FET ，儲存電路可以任意選擇一種。

這樣一來，就可以最大程度地發揮不同電晶體結構的性能。

不過，要做到這件事兒並不容易。

因為在現有的技術條件下，我們要在一個積體電路里製作 FinFET 和 GAAFET/ Forksheet FET ，需要分別單獨製作它們各自溝道區內的半導體層，比如：先做好了FinFET，再去做GAAFET。

這步驟一分開，製作過程就變得非常繁瑣，生產成本也會隨之升高。

這裡就要講到華為這項專利的精髓部分了，他們為了減少製作步驟，在開始製造前的版圖階段會先對晶片的圖案層（ 小知識：晶片是通過一層一層的圖案層往上疊加製作而成的 ）進行標記，比如第一半導體層、第二半導體層、第三半導體層、第四半導體層。

說實話，託尼一開始也有點搞不明白這個 「 第一第二。。。」 到底在講什麼，直到把 28 頁的文件 「 啃 」 下來後，才大概理解了其中的奧妙。

這個第一、第二。。。不是用來表示先後和重要性，而是為了標記不同的圖案層，打個不太恰當的比方：FinFET 的第一半導體層對應了GAAFET的第三半導體層。

不嚴謹地說，這麼一對應，就能讓它們被同時製作。

利用這個方法，華為就可以不用像前面講的那樣——「先做這個再做那個」，這樣就大幅簡化了電路的製作過程，減少工期和成本。

妙啊 ~ 如果這項專利在未來可以落地，那麼對於華為的晶片競爭是很有利的——當然了，只是假如、假如華為真的想自己做晶片的話。

畢竟專利本身只是個技術儲備，大家不要聽風就是雨，要理智判斷。

而且雖然咱們短短几句話就講完了華為的巧思，但實際操作起來還是困難重重的。

因為 GAAFET 、 Forksheet FET 的結構又小又複雜，不僅對蝕刻工藝的要求非常高，而且還要用到 EUV 曝光機，這個東西現階段國內很難搞定。。。

而且託尼還問了一下搞半導體設計的朋友，發現除了咱們前面提的這些內部的光刻問題，外部的電壓調控也是需要攻克的。

畢竟兩種電晶體結構的特性不同，驅動電壓也不同，驅動電路的設計也需要做額外的調整。

看來，華為的這項專利想要真正落地，需要克服很多我們難以想象的困難。

今天我們聊的這些東西，都是華為公開的設計專利，雖然看著很厲害，但很大概率還沒有應用到實際的生產步驟上。

因為光有想法不行，還是有很多具體的、配套設備上的問題需要解決的。

不過我發現了一個小細節，不知道有沒有小夥伴觀察到。

雖然華為這批專利上個月才解禁，但他們真正的提交日期是——2021 年 2 月！

換句話說，兩年前，華為就在思考該怎麼把晶片造的更好了。

遙遙領先！！！

撰文：粿條編輯：米羅&結界&大餅

美編：陽光&萱萱&富貴

圖片、資料來源：

華為、wikipedia

華為電晶體設計專利，首個中國的FET結構設計，這底層技術可改變半導體效能，5nm製程做出3nm功效——Mr Question

摩爾定律筋疲力盡，GAA成FinFET進化的必由之路——OFweek工控網

A Farewell to FinFETs: Intel Goes 3D With Stacked Forksheet Transistor——allaboutcircuits

部分圖源網路