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

28nm
因為性價比進(jìn)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(rèn)為是摩爾定律開端失效的標(biāo)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(guī)劃本錢不斷上升的情況下，只要少數(shù)客戶能負(fù)擔(dān)得起轉(zhuǎn)向高檔節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用。據(jù)Gartner統(tǒng)計，16nm /14nm芯片的均勻IC規(guī)劃本錢約為8000萬美元，而28nm體硅制程器材約為3000萬美元，規(guī)劃7nm芯片則需求2.71億美元。IBS的數(shù)據(jù)顯示：28nm體硅器材的規(guī)劃本錢大致在5130萬美元左右，而7nm芯片需求2.98億美元。關(guān)于大都客戶而言，轉(zhuǎn)向16nm/14nm的FinFET制程太昂貴了。
?
就單位芯片本錢而言，28nm優(yōu)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(diào)節(jié)、功耗操控、散熱管理和尺度緊縮方面具有顯著優(yōu)勢。另一方面，因為16nm/14nm及更先進(jìn)制程采用FinFET技能，維持高參數(shù)良率以及低缺點(diǎn)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(yè)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(jìn)工藝方面，從22nm開端采用FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）等?？梢姡?8nm正好處于制程過渡的關(guān)鍵點(diǎn)上，這也是其性價比高的一個重要原因。

現(xiàn)在，行業(yè)內(nèi)的28nm制程首要在臺積電，GF（格芯），聯(lián)電，三星和中芯世界這5家之間競賽，別的，2018年底宣告量產(chǎn)聯(lián)發(fā)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(jù)，但40nm、28nm等并不會退出。如28nm~16nm工藝現(xiàn)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(shè)的代工廠，便是以16nm為主。中芯世界則在持續(xù)進(jìn)步28nm良率。



14/16nm
14nm制程首要用于中高端AP/SoC、GPU、礦機(jī)ASIC、FPGA、汽車半導(dǎo)體等制造。關(guān)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(xiàn)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(guān)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(fā)14nm制程技能，距離量產(chǎn)時刻也不遠(yuǎn)了。

現(xiàn)在來看，具有或行將具有14nm制程產(chǎn)能的廠商首要有7家，分別是：英特爾、臺積電、三星、格芯、聯(lián)電、中芯世界和華虹。

同為14nm制程，因為英特爾嚴(yán)格追求摩爾定律，因此其制程的水平和謹(jǐn)慎度是最高的，就現(xiàn)在已發(fā)布的技能來看，英特爾持續(xù)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(chǎn)能，以解決CPU市場的缺貨問題。

但是，英特爾公司自己的14nm產(chǎn)能現(xiàn)已滿載，因此，該公司投入15億美元，用于擴(kuò)大14nm產(chǎn)能，預(yù)計可在本年第3季度添加產(chǎn)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(chǎn)，海外14nm晶圓廠是位于愛爾蘭的Fab 24，現(xiàn)在還在升級14nm工藝。

三星方面，該公司于2015年宣告正式量產(chǎn)14nm FinFET制程，先后為蘋果和高通代工過高端手機(jī)處理器?，F(xiàn)在來看，其14nm產(chǎn)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(chǎn)16nm FinFET制程。與三星和英特爾相比，雖然它們的節(jié)點(diǎn)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(xiàn)在在產(chǎn)的是22FDX，當(dāng)客戶需求時，還會發(fā)布12FDX。

聯(lián)電方面，其14nm制程占比只要3%左右，并不是其主力產(chǎn)線。這與該公司的開展戰(zhàn)略直接相關(guān)，聯(lián)電重點(diǎn)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(jìn)入客戶實驗階段，2019年第二季在上海工廠投入新設(shè)備，規(guī)劃下半年進(jìn)入量產(chǎn)階段，未來，其首個14nm制程客戶很可能是手機(jī)芯片廠商。據(jù)悉，2019年，中芯世界的本錢支出由2018年的18億美元進(jìn)步到了22億美元。

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

12nm
從現(xiàn)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(lián)電。聯(lián)電于2018年宣告中止12nm及更先進(jìn)制程工藝的研制。因此，現(xiàn)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(jìn)入了第四代16nm制程技能，此刻，臺積電改動戰(zhàn)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(jìn)步12吋晶圓廠的產(chǎn)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(jìn)制程的研制，這樣，該公司的最早進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)實、智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施等應(yīng)用，利用了格芯在紐約薩拉托加縣Fab 8的專業(yè)技能，該工廠自2016年頭以來，一直在大規(guī)模量產(chǎn)格芯的14nm FinFET產(chǎn)品。

因為許多連接設(shè)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(jié)的，12FDX則供給了一種替代途徑，可以完結(jié)比FinFET產(chǎn)品功耗更低、本錢更低、射頻集成更優(yōu)。

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(chǎn)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(chǎn)品的原因之一。

中芯世界方面，不只14nm FinFET制程已進(jìn)入客戶風(fēng)險量產(chǎn)階段，并且在2019年第一季度，其12nm制程工藝開發(fā)進(jìn)入客戶導(dǎo)入階段，第二代FinFET N+1研制獲得打破，進(jìn)展超過預(yù)期，一起，上海中芯南邊FinFET工廠順暢建造完結(jié)，進(jìn)入產(chǎn)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(zhàn)團(tuán)。

10nm
到了10nm這個節(jié)點(diǎn)，行業(yè)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(lǐng)先的，其典型產(chǎn)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(diǎn)，兩邊的進(jìn)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(xiàn)在，英特爾的干流制程是14nm，不過，前不久傳來消息，經(jīng)過多年的攻關(guān)，該公司總算解決了10nm工藝的技能難題，現(xiàn)已開端量產(chǎn)。

不過，英特爾對制程節(jié)點(diǎn)的謹(jǐn)慎追求是很值得稱道的，從具體的功能指標(biāo)，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(yōu)勢。

7nm
在7nm，現(xiàn)在只要臺積電和三星兩家了，并且三星的量產(chǎn)時刻相關(guān)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(dá)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(fā)優(yōu)勢下，臺積電的7nm產(chǎn)能現(xiàn)已有些應(yīng)接不暇。而在7nm EUV量產(chǎn)方面，臺積電也領(lǐng)先了一步，代工的華為麒麟990現(xiàn)已商用，三星7nm EUV代工的高通新一代處理器也在出產(chǎn)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(jù)悉，其7nm工藝現(xiàn)已走上正軌，功耗及功能看起來都非常好，依據(jù)之前的消息，7nm工藝會在2021年的數(shù)據(jù)中心GPU上首發(fā)。

結(jié)語
以上，就業(yè)界現(xiàn)已量產(chǎn)的干流先進(jìn)制程工藝的開展情況，以及相關(guān)廠商的進(jìn)展進(jìn)行了闡述。而更先進(jìn)的5nm、3nm、2nm等還沒有進(jìn)入量產(chǎn)階段，就不再詳述了。這些制程節(jié)點(diǎn)現(xiàn)已鮮有玩家了，現(xiàn)在只要臺積電和三星這兩家，臺積電稱將于明年量產(chǎn)5nm，而三星好像要越過5nm，直接上3nm。
轉(zhuǎn)載請注明本文地址：http://www.zhiyishengzn.com/xwzx/jstd/244.html