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          技術天地

          世界先進芯片制程工藝解讀 主流有28nm、14nm、10nm、7nm

          28nm
          因為性價比進步一直以來都被視為摩爾定律的中心意義,所以20nm以下制程的本錢上升問題一度被認為是摩爾定律開端失效的標志,而28nm作為最具性價比的制程工藝,具有很長的生命周期。

          在規劃本錢不斷上升的情況下,只要少數客戶能負擔得起轉向高檔節點的費用。據Gartner統計,16nm /14nm芯片的均勻IC規劃本錢約為8000萬美元,而28nm體硅制程器材約為3000萬美元,規劃7nm芯片則需求2.71億美元。IBS的數據顯示:28nm體硅器材的規劃本錢大致在5130萬美元左右,而7nm芯片需求2.98億美元。關于大都客戶而言,轉向16nm/14nm的FinFET制程太昂貴了。
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          就單位芯片本錢而言,28nm優勢顯著,將堅持較長生命周期。一方面,相較于40nm及更早期制程,28nm工藝在頻率調節、功耗操控、散熱管理和尺度緊縮方面具有顯著優勢。另一方面,因為16nm/14nm及更先進制程采用FinFET技能,維持高參數良率以及低缺點密度難度加大,每個邏輯閘的本錢都要高于28nm制程的。

          28nm處于32nm和22nm之間,業界在更早的45nm階段引入了high-k值絕緣層/金屬柵極(HKMG)工藝,在32nm處引入了第二代 high-k 絕緣層/金屬柵工藝,這些為28nm的逐漸成熟打下了根底。而在之后的先進工藝方面,從22nm開端采用FinFET(鰭式場效應晶體管)等??梢?,28nm正好處于制程過渡的關鍵點上,這也是其性價比高的一個重要原因。

          現在,行業內的28nm制程首要在臺積電,GF(格芯),聯電,三星和中芯世界這5家之間競賽,別的,2018年底宣告量產聯發科28nm芯片的華虹旗下的華力微電子也開端參加競賽隊伍。

          雖然高端市場會被 7nm、10nm以及14nm/16nm工藝占據,但40nm、28nm等并不會退出。如28nm~16nm工藝現在仍然是臺積電營收的重要組成部分,特別是在中國大陸建設的代工廠,便是以16nm為主。中芯世界則在持續進步28nm良率。



          14/16nm
          14nm制程首要用于中高端AP/SoC、GPU、礦機ASIC、FPGA、汽車半導體等制造。關于各廠商而言,該制程也是收入的首要來歷,特別是英特爾,14nm是其現在的首要制程工藝,以該公司的體量而言,其帶來的收入可想而知。而關于中國大陸本土的晶圓代工廠來說,特別是中芯世界和華虹,正在開發14nm制程技能,距離量產時刻也不遠了。

          現在來看,具有或行將具有14nm制程產能的廠商首要有7家,分別是:英特爾、臺積電、三星、格芯、聯電、中芯世界和華虹。

          同為14nm制程,因為英特爾嚴格追求摩爾定律,因此其制程的水平和謹慎度是最高的,就現在已發布的技能來看,英特爾持續更新的14nm制程與臺積電的10nm大致同級。

          本年5月,英特爾稱將于第3季度添加14nm制程產能,以解決CPU市場的缺貨問題。

          但是,英特爾公司自己的14nm產能現已滿載,因此,該公司投入15億美元,用于擴大14nm產能,預計可在本年第3季度添加產出。其14nm制程芯片首要在美國亞利桑那州及俄勒岡的D1X晶圓廠出產,海外14nm晶圓廠是位于愛爾蘭的Fab 24,現在還在升級14nm工藝。

          三星方面,該公司于2015年宣告正式量產14nm FinFET制程,先后為蘋果和高通代工過高端手機處理器?,F在來看,其14nm產能市場占有率僅次于英特爾和臺積電。

          臺積電于2015下半年量產16nm FinFET制程。與三星和英特爾相比,雖然它們的節點命名有所不同,三星和英特爾是14nm,臺積電是16nm,但在實踐制程工藝水平上處于同一代代。

          2018年8月,格芯宣告拋棄7nm LP制程研制,將更多資源投入到12nm和14nm制程。

          格芯擬定了兩條工藝路線圖:一是FinFET,這方面,該公司有14LPP和新的12LPP(14LPP到7LP的過渡版別);二是FD-SOI,格芯現在在產的是22FDX,當客戶需求時,還會發布12FDX。

          聯電方面,其14nm制程占比只要3%左右,并不是其主力產線。這與該公司的開展戰略直接相關,聯電重點開展特別工藝,無論是8吋廠,仍是12吋廠,該公司會聚焦在各種新的特別工藝開展上。

          中芯世界方面,其14nm FinFET已進入客戶實驗階段,2019年第二季在上海工廠投入新設備,規劃下半年進入量產階段,未來,其首個14nm制程客戶很可能是手機芯片廠商。據悉,2019年,中芯世界的本錢支出由2018年的18億美元進步到了22億美元。

          華力微電子方面,在年頭的SEMICON China 2019先進制造論壇上,該公司研制副總裁邵華發表演講時表示,華力微電子本年年底將量產28nm HKC+工藝,2020年底將量產14nm FinFET工藝。

          12nm
          從現在的晶圓代工市場來看,具備12nm制程技能能力的廠商很少,首要有臺積電、格芯、三星和聯電。聯電于2018年宣告中止12nm及更先進制程工藝的研制。因此,現在來看,全球晶圓代工市場,12nm的首要玩家便是臺積電、格芯和三星這三家。

          臺積電的16nm制程閱歷了16nm FinFET、16FF+和16FFC三代,之后進入了第四代16nm制程技能,此刻,臺積電改動戰略,推出了改版制程,也便是12nm技能,用以招引更多客戶訂單,然后進步12吋晶圓廠的產能利用率。因此,臺積電的12nm制程便是其第四代16nm技能。

          格芯于2018年宣告退出10nm及更先進制程的研制,這樣,該公司的最早進制程便是12nm了。該公司是分兩條腿走路的,即FinFET和FD-SOI,這也充沛體現在了12nm制程上,在FinFET方面,該公司有12LP技能,而在FD-SOI方面,有12FDX。12LP首要針對人工智能、虛擬現實、智能手機、網絡根底設施等應用,利用了格芯在紐約薩拉托加縣Fab 8的專業技能,該工廠自2016年頭以來,一直在大規模量產格芯的14nm FinFET產品。

          因為許多連接設備既需求高度集成,又要求具有更靈活的功能和功耗,而這是FinFET難以完結的,12FDX則供給了一種替代途徑,可以完結比FinFET產品功耗更低、本錢更低、射頻集成更優。

          三星方面,其晶圓代工路線圖中原本是沒有12nm工藝的,只要11nm LPP。不過,三星的11 LPP和格芯的12nm LP其實是“師出同門”,都是對三星14nm改良的產物,晶體管密度改變不大,效能則有所添加。因此,格芯的12nm LP與三星的12nm制程有非常多的共同之處,這可能也是AMD找三星代工12nm產品的原因之一。

          中芯世界方面,不只14nm FinFET制程已進入客戶風險量產階段,并且在2019年第一季度,其12nm制程工藝開發進入客戶導入階段,第二代FinFET N+1研制獲得打破,進展超過預期,一起,上海中芯南邊FinFET工廠順暢建造完結,進入產能布建階段。這意味著用不了多久,一個新的12nm制程玩家將殺入戰團。

          10nm
          到了10nm這個節點,行業玩家就只剩下臺積電、三星和英特爾了。

          總的來說,臺積電仍是領先的,其典型產品便是2017年為蘋果代工的A11處理器。而三星也緊跟步伐,在10nm這個點,兩邊的進展相差不大,但總體水平,臺積電仍然略勝一籌。

          本年,英特爾的老對手AMD打起了翻身仗,憑借臺積電代工的7nm銳龍3000系列處理器,讓AMD在CPU處理器的制程工藝上初次超越了英特爾。

          而現在,英特爾的干流制程是14nm,不過,前不久傳來消息,經過多年的攻關,該公司總算解決了10nm工藝的技能難題,現已開端量產。

          不過,英特爾對制程節點的謹慎追求是很值得稱道的,從具體的功能指標,特別是PPA和晶體管密度來看,英特爾的10nm比臺積電的10nm有優勢。

          7nm
          在7nm,現在只要臺積電和三星兩家了,并且三星的量產時刻相關于臺積電顯著滯后,這讓三星不得不越過7nm,直接上7nm EUV,這使得像蘋果、華為、AMD、英偉達這樣的7nm制程大客戶訂單,幾乎都被臺積電搶走了。在這種先發優勢下,臺積電的7nm產能現已有些應接不暇。而在7nm EUV量產方面,臺積電也領先了一步,代工的華為麒麟990現已商用,三星7nm EUV代工的高通新一代處理器也在出產傍邊,估量很快就會面市了。

          英特爾方面,在10nm之后,該公司稱會在2021年推出7nm工藝,據悉,其7nm工藝現已走上正軌,功耗及功能看起來都非常好,依據之前的消息,7nm工藝會在2021年的數據中心GPU上首發。

          結語
          以上,就業界現已量產的干流先進制程工藝的開展情況,以及相關廠商的進展進行了闡述。而更先進的5nm、3nm、2nm等還沒有進入量產階段,就不再詳述了。這些制程節點現已鮮有玩家了,現在只要臺積電和三星這兩家,臺積電稱將于明年量產5nm,而三星好像要越過5nm,直接上3nm。
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