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28nm来到临界点台积电高通格罗方德等决战

发布时间:2020-07-21 17:52:16 阅读: 来源:蝶阀厂家

在摩尔定律的指引下,集成电路的线宽不断缩小,基本上是按每两年缩小至原尺寸的70%的步伐前进。如2007年达到45nm,2009年达到32nm,2011年达到22nm。但是到了2013年的14nm时开始出现偏差,英特尔原先承诺的量产时间推迟。

本文引用地址:大厂Altera2013年把它原来交由台积电生产的14nm代工订单转给英特尔,这一事件曾经引起业界一阵躁动。但是由于英特尔14nm量产的推迟,风向又开始转向,传说将把订单转回给台积电代工。这一事件反映出,集成电路微缩之路未来的前进规则将要改变。两年的周期很难再维持下去,存在两种可能性:一种是延长时间,另一种是把30%的缩小比例减缓一些。

之所以单把28nm提出来讲,是因为产业界在从45nm向下演进时,原本公认的32nm节点并未成熟,反而又向前延伸了一步,达到28nm,中间跳过32nm。因此28nm这个节点非常特殊,估计28nm制程的生存周期会相当长。另外,在SoC中包括嵌入式SRAM(eSRAM)、I/O及其他逻辑功能时,在大部分情况下28nm是最优化成本。甚至有人计算得出这样的结论:28nm以下集成电路的成本没有下降反而上升。这说明28nm已经是一个临界点了,摩尔定律到达28nm后,实际已经面临终结。

28nm既然如此特殊,自然值得仔细研究一下。

28纳米工艺角逐

28nm制程主要有两个工艺方向:高性能型和低功耗型。而高性能型才是真正的高介电常数金属闸极工艺。

目前,28nm制程主要有两个工艺方向:HighPerformance(HP,高性能型)和LowPower(LP,低功耗型)。LP低功耗型是最早量产的,不过它并非Gate-Last后栅工艺,还是传统的SiON(氮氧化硅)介质和多晶硅栅极工艺,优点是成本低,工艺简单,适合对性能要求不高的手机和移动设备。而HP才是真正的高介电常数金属闸极(HKMG)+Gate-Last工艺,又可细分为HP、HPL(LowPower)、HPM(Moblie)三个方向。HP工艺拥有最好的每瓦性能比,频率可达2GHz以上;HPL的漏电流最低,功耗也更低;HPM主要针对移动领域,频率比HPL更高,功耗也略大一些。

高通是第一家量产28nm制程的移动芯片厂商,2013年是28nm制程的普及年。

Intel一直是以技术领先为导向的,虽然自己的CPU在移动通信领域中不太受欢迎,但是其最先使用HKMG+Gate-Last工艺,又最先量产3D晶体管,其制程领先对手可以按代来计算。目前移动通信领域与Intel展开合作的公司不是太多。

TSMC受到移动终端芯片厂商的青睐,长期以来霸占着集成电路代工市场占有率的第一名。高通骄龙800就采用了TSMC的28nmHPMHKMG这一最高标准,而高通MSM8960和联发科四核芯片MT6589T以及联芯、展讯等厂商的芯片使用的则是TSMC相对较差的28nmLP工艺。据说,MTK的MT6588和八核芯片MT6592采用的是TSMC的28nm级别最好的HPM工艺。台积电共同执行长魏哲家在此前召开的法说会上提及,相较于采用Poly/SiON技术的28LP制程,28HPM在相同功耗下可提升30%的运算速度,而在相同运算速度下,则可降低15%功耗。因此,28HPM制程成为移动装置芯片的首选。

台积电去年开始量产28nmHKMG技术的28HPM制程,下半年受到高端智能手机销售力道减缓的影响,产能利用率出现松动,但因竞争对手一直无法在28nmHKMG制程上达到如台积电一样的高良品率,随着今年全球景气逐步复苏,以及新款移动装置需求转强,台积电今年已拿下100个设计定案(tape-outs)。

台积电的28nm产能今年没有太大的扩产幅度,但因在HKMG技术上领先同业,28nm营收今年仍可能有至少20%成长,预估可为台积电带来超过1600亿元新台币的营收。

从全球代工领域看,美林证券说台积电在28nm上的市场占有率超过90%。在2013年第四季度,它的28nm占营收的34%。

三星发展势头迅猛,长期以来都为自家芯片和苹果A系列移动芯片提供集成电路制造服务。三星较早采用HKMG工艺,在业界进入HKMG时代之初,又秘密研发后栅极工艺。三星目前的28nm级别制程使用的是HKMG栅极和前栅极工艺。三星自家的Exyons5系列芯片和苹果的A7都是采用的此种工艺。近日报道三星电子已扩大其28nm的代工,可提供RF的代工生产能力。

尽管GlobalFoundries的发言人在IDEM会上大肆宣传其28nm工艺是基于gate-firstHKMG工艺基础,但他又表示:“我们也本着特事特办的精神,正在为满足某些特殊客户的特殊请求而为某些特殊产品提供基于28nmPoly/SiON制程的代工,这类产品并不需要HKMG技术带来的性能提升和降低漏电的优势。”

GlobalFoundries还称目前已经有多家客户的芯片产品处于硅片验证阶段,而且公司旗下的德累斯顿Fab1工厂也已经在测试相关的原型芯片,很快便会进入试产阶段。

GlobalFoundries与台积电目前因所用的HKMG工艺的不同而在市场上火药味很浓:GlobalFoundries在28nm上会使用gatefirst型HKMG工艺,而台积电则会使用Gate-lastHKMG工艺。GlobalFoundries还宣称自己的GatefirstHKMG工艺在成本方面要比台积电的Gate-lastHKMG工艺节能约10%~15%。

联电苦熬一年多的28nm制程近期取得重大突破,承接了先进网通及高端手机芯片的关键HKMG制程,且已获全球第二大IC设计商博通(Broadcom)认证,今年第二季度开始接单投片,营运出现大转机。

联电去年即已建成28nmHKMG约1.5万片月产能,但短期内仍难撼动台积电在28nm上的领先优势,但对联电而言意义重大。设备商透露,联电28纳米HKMG去年积极追赶台积电脚步,并采取“T-Like”模式,争取成为台积电客户的第二供应来源,但进展不如预期,也使联电去年28nm制程营收占比还只是个位数。

另外,中芯国际近来也不断地传出好消息,在MWC会上,高通总裁谈及高通与中芯国际在28nm工艺上的合作,称这对产业将有着深远意义。“高通已将最先进的28nm制程技术引入到中芯国际。我们以前在海外跟其他的半导体客户有基于28nm的合作,便把这些合作的经验带到中国,与中芯国际进行分享,希望借此能够加快中芯国际在采用更先进半导体制程方面的速度,达到快速成长和共赢。目前,我们跟中芯国际的28nm合作已经有商用的产品了,并且产品已经大量出货。”

另一家重邮信科近水楼台,依靠着与三星的战略合作伙伴关系,其包括赤兔6310和赤兔8320在内的赤兔系列芯片都采用了三星先进的HKMG栅极LP工艺。

中国必须攻克28nm难关

开发28nm工艺需要巨额的研发经费,在初始阶段企业是无法单独承担的,迫切需要国家的经费支持。

无论IDM还是fabless,都把28nm工艺制程看做是未来实现盈利的重要手段,因此竞争会非常激烈。尽管中国处于后进者地位,但是也必须加入,不可退缩。

业界有部分人认为,从性价比角度讲,除非有特殊的应用,否则28nm可能是最优化的一个制程。特殊应用大抵只有两种情形:一种是数量巨大的产品,如memory、CPU与FPGA等;另一种是特定的低功耗或者高频率的SoC需求。

因此,归纳起来有以下几点体会;

一是不能操之过急,不要急于扩大28nm的产能。一定要待技术成熟以及市场有需求之后再进行,通常这个周期也就9到12个月。

二是先进技术是买不来的,必须要自己努力攻克难关。28nm工艺制程有难度,不会如90nm转进65nm那样轻松,也不要指望某个公司会把28nm技术无偿转让。另外开发28nm工艺需要数亿美元的研发经费,在初始阶段企业是无法单独承担的,迫切需要国家的经费支持。

三是28nm之后的下一代工艺制程是否继续跟进?需要仔细斟酌,这将是一个综合平衡利弊的结果。

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