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芯片难度接近理论极限,一文梳理主流先进制程发展情况

2019-10-07 09:48
来源: 与非网

随着制程的进一步缩小,芯片制造的难度确实已经快接近理论极限了。

制程工艺是指IC内电路与电路之间的距离。制程工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。

微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进,使得器件的特征尺寸不断缩小,从而集成度不断提高,功耗降低,器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后,从500纳米、350纳米、250纳米、180纳米、150纳米、130纳米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、22纳米、14纳米、10纳米、7纳米、5纳米,一直发展到未来的3纳米。下面,我们来梳理一下业界主流先进制程工艺的发展情况。

28nm

由于性价比提升一直以来都被视为摩尔定律的核心意义,所以20nm以下制程的成本上升问题一度被认为是摩尔定律开始失效的标志,而28nm作为最具性价比的制程工艺,具有很长的生命周期。

目前,行业内的28nm制程主要在台积电、格芯,联电,三星和中芯国际这5家之间竞争,另外,2018年底宣布量产联发科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工艺占据,但40nm、28nm等并不会退出。如28nm~16nm工艺现在仍然是台积电营收的重要组成部分,特别是在中国大陆建设的代工厂,就是以16nm为主。中芯国际则在持续提高28nm良率。

14/16nm

4nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造。

目前来看,具有或即将具有14nm制程产能的厂商主要有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,就目前已发布的技术来看,英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级。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。

三星方面,该公司于2015年宣布正式量产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产能市场占有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。与三星和英特尔相比,尽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,格芯宣布放弃7nm LP制程研发,将更多资源投入到12nm和14nm制程。

联电方面,其14nm制程占比只有3%左右,并不是其主力产线。

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,规划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,中芯国际的资本支出由2018年的18亿美元提升到了22亿美元。

华力微电子方面,该公司研发副总裁邵华发表演讲时表示,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制程技术能力的厂商很少,主要有台积电、格芯、三星和联电。但联电于2018年宣布停止12nm及更先进制程工艺的研发。

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,其典型产品就是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,台积电仍然略胜一筹。

7nm

在7nm,目前只有台积电和三星两家了,而且三星的量产时间相对于台积电明显滞后,像苹果、华为、AMD、英伟达这样的7nm制程大客户订单,几乎都被台积电抢走。在这种先发优势下,台积电的7nm产能已经有些应接不暇。

在5nm一下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,而三星似乎要越过5nm,直接上3nm。

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