芯片難度接近理論極限,一文梳理主流先進制程發展情況

      2019-09-30 13:34:41 來源:EEFOCUS
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      與非網9月30日訊,隨著制程的進一步縮小,芯片制造的難度確實已經快接近理論極限了。

       

      制程工藝是指IC內電路與電路之間的距離。制程工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的IC電路設計,意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。

       

      微電子技術的發展與進步,主要是靠工藝技術的不斷改進,使得器件的特征尺寸不斷縮小,從而集成度不斷提高,功耗降低,器件性能得到提高。芯片制造工藝在1995年以后,從500納米、350納米、250納米、180納米、150納米、130納米、90納米、65納米、45納米、32納米、28納米、22納米、14納米、10納米、7納米、5納米,一直發展到未來的3納米。下面,我們來梳理一下業界主流先進制程工藝的發展情況。

       

      28nm

      由于性價比提升一直以來都被視為摩爾定律的核心意義,所以20nm以下制程的成本上升問題一度被認為是摩爾定律開始失效的標志,而28nm作為最具性價比的制程工藝,具有很長的生命周期。

       

      目前,行業內的28nm制程主要在臺積電、格芯,聯電,三星和中芯國際這5家之間競爭,另外,2018年底宣布量產聯發科28nm芯片的華虹旗下的華力微電子也開始加入競爭行列。

       

      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,就是以16nm為主。中芯國際則在持續提高28nm良率。

       

      14/16nm

      4nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、礦機ASIC、FPGA、汽車半導體等制造。

       

      目前來看,具有或即將具有14nm制程產能的廠商主要有7家,分別是:英特爾、臺積電、三星、格芯、聯電、中芯國際和華虹。

       

      同為14nm制程,由于英特爾嚴格追求摩爾定律,因此其制程的水平和嚴謹度是最高的,就目前已發布的技術來看,英特爾持續更新的14nm制程與臺積電的10nm大致同級。英特爾公司自己的14nm產能已經滿載,因此,該公司投入15億美元,用于擴大14nm產能。

       

      三星方面,該公司于2015年宣布正式量產14nm FinFET制程,先后為蘋果和高通代工過高端手機處理器。目前來看,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,盡管它們的節點命名有所不同,三星和英特爾是14nm,臺積電是16nm,但在實際制程工藝水平上處于同一世代。

       

      2018年8月,格芯宣布放棄7nm LP制程研發,將更多資源投入到12nm和14nm制程。

       

      聯電方面,其14nm制程占比只有3%左右,并不是其主力產線。

       

      中芯國際方面,其14nm FinFET已進入客戶試驗階段,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,中芯國際的資本支出由2018年的18億美元提升到了22億美元。

       

      華力微電子方面,該公司研發副總裁邵華發表演講時表示,華力微電子今年年底將量產28nm HKC+工藝,2020年底將量產14nm FinFET工藝。

       

      12nm

      從目前的晶圓代工市場來看,具備12nm制程技術能力的廠商很少,主要有臺積電、格芯、三星和聯電。但聯電于2018年宣布停止12nm及更先進制程工藝的研發。

       

      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,臺積電還是領先的,其典型產品就是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,雙方的進度相差不大,但總體水平,臺積電仍然略勝一籌。

       

      7nm

      在7nm,目前只有臺積電和三星兩家了,而且三星的量產時間相對于臺積電明顯滯后,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。在這種先發優勢下,臺積電的7nm產能已經有些應接不暇。

       

      在5nm一下制程節點已經鮮有玩家了,目前只有臺積電和三星這兩家,臺積電稱將于明年量產5nm,而三星似乎要越過5nm,直接上3nm。

       

      與非網整理自網絡

       
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