中芯国际:14nm量产后,7nm何时量产
7nm指的是芯片制造的工艺节点。一颗7nm芯片集成了亿级的晶体管,这种晶体管是由三个极组成的(栅G 源S 漏D),7nm指的就是晶体管中栅极的宽度,学名叫做栅长。纳米数越小,栅长越短。
半导体制程缩微,按照摩尔定律演进,好处显而易见:集成度更高,相同单位面积上放置更多的逻辑门。耗电量更低。速度更快,单管开断速度更快,同样的逻辑电路能跑到的主频更高。主频高,性能提升。但设计难度和成本也更大。
先进制程用途最大的两个方向,一个是计算单元密集型的数字处理器,比如手机CPU海思麒麟、高通骁龙,Intel电脑CPU,比特大陆的挖矿芯片…一个是存储单元密集型的内存DRAM。以外很多场景,并不需要最先进的制程。
全球半导体代工厂先进制程进展
先看台积电的工艺技术演进路线,16nm,然后直接到12nm,再10nm,7nm,7nm EUV,5nm,3nm。目前7nm EUV已经量产中,5nm在测试中,台积电公布平均良率约80%,台积电5nm 2020年就可投产。
非代工厂的Intel,主流工艺是14nm++++,10nm的产品也已经投产,然后2020年还是会以10nm为主,会有小的改进,2021年进入7nm EUV。
Intel在Architecture Day大会上透露了原因。
Intel其实有技术储备,但吃了宣传上的亏,也许是因为Intel与代工厂的三星和台积电业务上没有竞争关系。台积电与三星的代工业务才有竞争关系,制程则更注重低功耗。作为自有产品、自行制造的IDM大厂,Intel的主力产品CPU 最注重的是高性能。
台积电的竞争对手——三星的高阶工艺技术路线图,主要四个节点:14nm、10nm、7nm以及3nm。7nm已量产。和台积电是目前全球唯二可以接7nm单的代工厂。
三星5 nm节点密度已接近130 MTr /mm²,是第一个超过英特尔10纳米节点和台积电7纳米节点的三星节点。三星5LPE技术的首批芯片预计在2020年上半年批量生产。3nm开始,三星将放弃FinFET转向GAA晶体管。
星星之火足以燎原
中芯国际第一代 FinFET 14nm 制程已开始小量产出,2019年末占到营收的1%,真正放量会是在 2020 年底,产能将扩大到 15000 片。中芯国际第一代FinFET工艺包括14nm及改进型的12nm。
中芯第二代 FinFET 制程则包括 N+1 和N+2。N+1在 2019 年第四季进入 NTO(New Tape-out)阶段,目前正处于客户产品认证,预计 2020 年第四季可以看到小量产出。业界一般预计,中芯第二代 FinFET 制程 N+1在2021年底可以量产。
中芯第二代 FinFET N+1制程,实质是7nm制程的低功耗低成本版本。N+1 制程瞄准的应用,是低功耗低成本的7nm工艺产品。与自己的 14nm 相较,效能增加 20%、功耗减少 57%、逻辑面积减少 63%、SoC 面积减少 55%。意味着晶体管密度提升了1倍,台积电从16nm到7nm也是提升了1倍密度。中芯 FinFET N+1 制程的性能,比台积电、三星等的7nm工艺会低一些,通常7nm工艺会比上一代性能提升35%左右,但中芯国际的工艺仅提升20%,但功耗却能降低更多。
中芯第二代 FinFET N+2制程,实质是7nm制程的高性能版本。在功耗表现上与N+1世代工艺差不多,但针对的是高性能芯片,芯片性能会提高,成本也会比N+1世代高。瞄准的应用是高效能的7nm工艺产品。
华为近期不断追加对中芯国际 14nm 和 N+1 技术的订单,甚至是手机麒麟芯片也将首次导入中芯的 N+1 制程技术,另外还有 WiFi 通讯芯片、高速传输芯片等,也都陆续转到中芯分散分险。
FinFET制程14nm的突破,是中芯国际的先进制程重要入场券。
半导体制程的发展经历过三次大门槛,分别是0.13um金属层铜互联取代铝互联,28nm High-k介质的引入以及14nm FinFET制程。
梁孟松在1992加入台积电,凭借自主研发的技术击败了IBM,让台积电顺利崛起。铜互联让IBM和联电落后了,而28nm High-k则让中芯国际受阻严重。
2008年梁孟松加入三星,三星由32纳米/28纳米Planner技术直接跳阶到14纳米FinFET技术,并在2014年底开始量产。2017年梁孟松来到中芯国际担任中芯国际Co-CEO。
美国阻挠ASML出货EUV,对中芯国际的影响
2018年5月,中芯国际下订单向荷兰ASML公司购买EUV光刻机。但美国政府千方百计进行阻止封杀这笔交易。2019 年 美国国务卿蓬佩奥曾直接劝说荷兰首相。荷兰政府目前尚未颁发许可证,ASML目前无法出货给中芯。
中芯国际FinFET N+1 和 N+2 制程都不需要用到 EUV 光刻机。台积电第一代7nm是用DUV+多重曝光技术做的。所谓多重曝光,简单说上一次曝光留下的介质层(SiO2\Si3N4)是下一次曝光的遮挡层的一部分。曝光次数越多,光罩成本越高,反复刻蚀良率越不好控制。EUV光刻机主要为7nm以下工艺准备,包括5nm,3nm。采购EUV光刻机来做7nm,主要是出于成本和良率的考虑,而非必须要用EUV才能做7nm。
现阶段对于中芯国际而言,买一台EUV象征意义大于实际意义。EUV光刻机花费甚巨,1.2亿美元已经超出中芯2018全年净利润。一台不能量产,设备每年要撒大把的钱去维护保养,后续费用和产线配套投入更可观。
商业公司是要赚钱的。以中芯国际的营收体量利润人才,跟三星和台积电不是一个段位的,最高阶制程需要的资金和人才投入非常惊人,还不现实。比较现实的是做好自己的7nm制程,赚钱,做到晶圆代工的第三名,才是合理的目标,已经对国产设计厂商做了安全保障。
如果美国阻止台积电为华为代工?
如果美国紧缩对华为的禁令限制,把禁令从美国技术含量25%下调为10%,台积电7nm以下制程的美国技术含量不到10%,所以,仍然可以继续为华为代工。
如果调降到0%呢?但这已经是近似于全面战争的敌对行为。中国还是有反制手段的。比如禁止稀土出口美国,打击美国品牌在中国的销售。14亿人,实质世界第一大的消费市场,崛起的国产电子品牌,就是最大的凭借和后方。激起14亿人的民愤,美国公司和品牌如果丧失中国市场,对其本身也是巨大的打击。反而会促使中国品牌开启全面去美化潮流夯实自己的根基。想跟中国做生意赚钱的外国公司,也会尽力在美国之外开辟新产线,想方设法供货给中国赚钱,所以对美国也是双刃剑。
美国如果阻止台积电为华为代工,那么最大的受益者将是三星。韩国人会笑到醒。华为是三星手机最大的竞争对手。一旦华为高阶手机被美国阻止台积电代工所钳制,已经是世界第一手机市占率、要品牌有品牌、要钱有钱、要人有人、要技术有技术的三星,无疑将吃掉华为高阶手机的大部分市场份额,很可能有翻一倍的手机和晶圆制造的营收和利润,更能加大投入最先进制程的研发,在DRAM和Nand Flash存储器领域已经一家独大、3nm GAA技术进展神速的巨无霸三星,将在晶圆代工业务上对台积电形成巨大压力,反超不无可能。
原创文章:
时事历史
文章 |《一场疫情,映现港澳的人心》
文章 |《反中狂潮:被抹黑的西藏》
文章 |《《寄生虫》:美国中国社会的贫富差距》
文章 |《4000亿蝗虫奔袭亚洲:中国鸡鸭鸟准备好了吗》
文章 |《零号病人是武汉病毒所?剖腹验粉的猎巫》
文章 |《中国人语言心灵贫乏?附诗多是驻日中国人提议的》
转发到“朋友圈”并点击右下方“在看”,让作者下次写得更好
欢迎关注:文安君 长按下图识别二维码