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主流前辈制程工艺梳理

金螳螂建筑装饰股份通讯 2025-01-05 0

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28nm

由于性价比提升一贯以来都被视为摩尔定律的核心意义,以是20nm以下制程的本钱上升问题一度被认为是摩尔定律开始失落效的标志,而28nm作为最具性价比的制程工艺,具有很长的生命周期。

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在设计本钱不断上升的情形下,只有少数客户能包袱得起转向高等节点的用度。
据Gartner统计,16nm /14nm芯片的均匀IC设计本钱约为8000万美元,而28nm体硅制程器件约为3000万美元,设计7nm芯片则须要2.71亿美元。
IBS的数据显示:28nm体硅器件的设计本钱大致在5130万美元旁边,而7nm芯片须要2.98亿美元。
对付多数客户而言,转向16nm/14nm的FinFET制程太昂贵了。

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(图片来自网络侵删)

就单位芯片本钱而言,28nm上风明显,将保持较长生命周期。
一方面,相较于40nm及更早期制程,28nm工艺在频率调节、功耗掌握、散热管理和尺寸压缩方面具有明显上风。
另一方面,由于16nm/14nm及更前辈制程采取FinFET技能,坚持高参数良率以及低毛病密度难度加大,每个逻辑闸的本钱都要高于28nm制程的。

28nm处于32nm和22nm之间,业界在更早的45nm阶段引入了high-k值绝缘层/金属栅极(HKMG)工艺,在32nm处引入了第二代 high-k 绝缘层/金属栅工艺,这些为28nm的逐步成熟打下了根本。
而在之后的前辈工艺方面,从22nm开始采取FinFET(鳍式场效应晶体管)等。
可见,28nm正好处于制程过渡的关键点上,这也是其性价比高的一个主要缘故原由。

目前,行业内的28nm制程紧张在台积电,GF(格芯),联电,三星和中芯国际这5家之间竞争,其余,2018年底宣告量产联发科28nm芯片的华虹旗下的华力微电子也开始加入竞争行列。

虽然高端市场会被 7nm、10nm以及14nm/16nm工艺霸占,但40nm、28nm等并不会退出。
如28nm~16nm工艺现在仍旧是台积电营收的主要组成部分,特殊是在中国大陆培植的代工厂,便是以16nm为主。
中芯国际则在持续提高28nm良率。

14/16nm

14nm制程紧张用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造。
对付各厂商而言,该制程也是收入的紧张来源,特殊是英特尔,14nm是其目前的紧张制程工艺,以该公司的体量而言,其带来的收入可想而知。
而对付中国大陆本土的晶圆代工厂来说,特殊是中芯国际和华虹,正在开拓14nm制程技能,间隔量产韶光也不远了。

目前来看,具有或即将具有14nm制程产能的厂商紧张有7家,分别是:英特尔、台积电、三星、格芯、联电、中芯国际和华虹。

同为14nm制程,由于英特尔严格追求摩尔定律,因此其制程的水平和严谨度是最高的,就目前已发布的技能来看,英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级。

今年5月,英特尔称将于第3季度增加14nm制程产能,以办理CPU市场的缺货问题。

然而,英特尔公司自己的14nm产能已经满载,因此,该公司投入15亿美元,用于扩大14nm产能,估量可在今年第3季度增加产出。
其14nm制程芯片紧张在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂生产,外洋14nm晶圆厂是位于爱尔兰的Fab 24,目前还在升级14nm工艺。

三星方面,该公司于2015年宣告正式量产14nm FinFET制程,先后为苹果和高通代工过高端手机处理器。
目前来看,其14nm产能市场霸占率仅次于英特尔和台积电。

台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程。
与三星和英特尔比较,只管它们的节点命名有所不同,三星和英特尔是14nm,台积电是16nm,但在实际制程工艺水平上处于同一世代。

2018年8月,格芯宣告放弃7nm LP制程研发,将更多资源投入到12nm和14nm制程。

格芯制订了两条工艺路线图:一是FinFET,这方面,该公司有14LPP和新的12LPP(14LPP到7LP的过渡版本);二是FD-SOI,格芯目前在产的是22FDX,当客户须要时,还会发布12FDX。

联电方面,其14nm制程占比只有3%旁边,并不是其主力产线。
这与该公司的发展策略直接干系,联电重点发展分外工艺,无论是8吋厂,还是12吋厂,该公司会聚焦在各种新的分外工艺发展上。

中芯国际方面,其14nm FinFET已进入客户试验阶段,2019年第二季在上海工厂投入新设备,方案下半年进入量产阶段,未来,其首个14nm制程客户很可能是手机芯片厂商。
据悉,2019年,中芯国际的成本支出由2018年的18亿美元提升到了22亿美元。

华力微电子方面,在年初的SEMICON China 2019前辈制造论坛上,该公司研发副总裁邵华揭橥演讲时表示,华力微电子今年年底将量产28nm HKC+工艺,2020年底将量产14nm FinFET工艺。

12nm

从目前的晶圆代工市场来看,具备12nm制程技能能力的厂商很少,紧张有台积电、格芯、三星和联电。
联电于2018年宣告停滞12nm及更前辈制程工艺的研发。
因此,目前来看,环球晶圆代工市场,12nm的紧张玩家便是台积电、格芯和三星这三家。

台积电的16nm制程经历了16nm FinFET、16FF+和16FFC三代,之后进入了第四代16nm制程技能,此时,台积电改变策略,推出了改版制程,也便是12nm技能,用以吸引更多客户订单,从而提升12吋晶圆厂的产能利用率。
因此,台积电的12nm制程便是其第四代16nm技能。

格芯于2018年宣辞职出10nm及更前辈制程的研发,这样,该公司的最前辈制程便是12nm了。
该公司是分两条腿走路的,即FinFET和FD-SOI,这也充分表示在了12nm制程上,在FinFET方面,该公司有12LP技能,而在FD-SOI方面,有12FDX。
12LP紧张针对人工智能、虚拟现实、智能手机、网络根本举动步伐等运用,利用了格芯在纽约萨拉托加县Fab 8的专业技能,该工厂自2016年初以来,一贯在大规模量产格芯的14nm FinFET产品

由于许多连接设备既须要高度集成,又哀求具有更灵巧的性能和功耗,而这是FinFET难以实现的,12FDX则供应了一种替代路径,可以实现比FinFET产品功耗更低、本钱更低、射频集成更优。

三星方面,其晶圆代工路线图中原本是没有12nm工艺的,只有11nm LPP。
不过,三星的11 LPP和格芯的12nm LP实在是“师出同门”,都是对三星14nm改良的产物,晶体管密度变革不大,效能则有所增加。
因此,格芯的12nm LP与三星的12nm制程有非常多的共同之处,这可能也是AMD找三星代工12nm产品的缘故原由之一。

中芯国际方面,不仅14nm FinFET制程已进入客户风险量产阶段,而且在2019年第一季度,其12nm制程工艺开拓进入客户导入阶段,第二代FinFET N+1研发取得打破,进度超过预期,同时,上海中芯南方FinFET工厂顺利建造完成,进入产能布建阶段。
这意味着用不了多久,一个新的12nm制程玩家将杀入战团。

10nm

到了10nm这个节点,行业玩家就只剩下台积电、三星和英特尔了。

总的来说,台积电还是领先的,其范例产品便是2017年为苹果代工的A11处理器。
而三星也紧跟步伐,在10nm这个点,双方的进度相差不大,但总体水平,台积电仍旧略胜一筹。

今年,英特尔的老对手AMD打起了翻身仗,凭借台积电代工的7nm锐龙3000系列处理器,让AMD在CPU处理器的制程工艺上首次超越了英特尔。

而目前,英特尔的主流制程是14nm,不过,前不久传来,经由多年的攻关,该公司终于办理了10nm工艺的技能难题,已经开始量产。

不过,英特尔对制程节点的严谨追求是很值得称道的,从详细的性能指标,特殊是PPA和晶体管密度来看,英特尔的10nm比台积电的10nm有上风。

7nm

在7nm,目前只有台积电和三星两家了,而且三星的量产韶光相对付台积电明显滞后,这让三星不得不超越7nm,直接上7nm EUV,这使得像苹果、华为、AMD、英伟达这样的7nm制程大客户订单,险些都被台积电抢走了。
在这种先发上风下,台积电的7nm产能已经有些应接不暇。
而在7nm EUV量产方面,台积电也领先了一步,代工的华为麒麟990已做生意用,三星7nm EUV代工的高通新一代处理器也在生产当中,估计很快就会面市了。

英特尔方面,在10nm之后,该公司称会在2021年推出7nm工艺,据悉,其7nm工艺已经走上正轨,功耗及性能看起来都非常好,根据之前的,7nm工艺会在2021年的数据中央GPU上首发。

结语

以上,就业界已经量产的主流前辈制程工艺的发展情形,以及干系厂商的进展进行了阐述。
而更前辈的5nm、3nm、2nm等还没有进入量产阶段,就不再详述了。
这些制程节点已经鲜有玩家了,目前只有台积电和三星这两家,台积电称将于明年量产5nm,而三星彷佛要超越5nm,直接上3nm。

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