与非网 9 月 30 日讯,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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