上周,中芯國際被美國商務部列入實體清單的消息引起軒然大波。對此,中芯國際作出了回應,經該公司初步評估,該事項對其短期內運營及財務狀況無重大不利影響,對10nm及以下先進工藝的研發及產能建設有重大不利影響,公司將持續與美國政府相關部門進行溝通,并視情況采取一切可行措施,積極尋求解決方案,力爭將不利影響降到最低。
當下,中芯國際正處在攻克先進制程(14nm~10nm之間)量產的重要階段,其中14nm已經于2019年底實現量產。
在不久前11月中旬召開的2020第三財季說明會上,談到先進制程進展時,中芯國際表示:14nm良率已達業界量產水準,公司將持續提升產品和服務競爭力,引入更多國內外客戶。第二代先進工藝技術“N+1”穩步推進,正在做客戶產品驗證,已進行小量式產,產品應用主要為高性能運算。
相對第一代,第二代技術平臺以低成本、客制化為導向,第二代相較14nm性能提升20%,功率減少57%,邏輯面積減少63%,集成系統面積減少55%。公司正在與海內外客戶合作10多個先進工藝流片項目,包含14nm及更先進工藝技術。
產能計劃方面,中芯國際一直秉持謹慎規劃原則,以市場和客戶需求為導向,統籌計劃與布建,先進產能規模相對較小,對于可能的出口管制,正與供應商積極梳理相應解決方案。
總的來說,今年的研發任務基本完成,雖然先進工藝研發取得一些成績,但距離世界一流水平還有很長的路要走。
可見,中芯國際對于被列入實體清單是有準備的,特別是進行到10nm級別制程工藝攻堅階段,更加謹慎,做好了多手應對措施。
10nm,是半導體先進制程的一道坎兒,它就像一座獨木橋,將有志于掌握最先進制程工藝的廠商阻攔在了對岸,要想過去,需要花費相當大的力氣。
在這種困難面前,有的選擇繼續前進,有的選擇停步觀望、改變策略,而一旦過了橋,到達先進制程彼岸,就可以占得先機,且可具有天時和地利優勢,對還想過橋的競爭者產生先發和代次優勢,使后來者過橋難度陡增。
更為重要的是,10nm這座橋只是一個重要的通路,在上邊停留的時間很短。
當下,具備10nm量產,或是有志于掌握這種能力的晶圓廠只剩下臺積電、三星、Intel和中芯國際這四家了。原本想過橋的另外幾家,因為被臺積電和三星占先,從而在市場競爭中的劣勢越來越明顯,多數選擇改變發展策略,轉而將重心放在了成熟制程工藝上。
搶先過橋
臺積電早在2013年就開始了10nm工藝的研發。而按照早期規劃,臺積電的計劃是 2016 年第四季度量產10nm工藝,實際量產時間與其規劃基本吻合,2017年初實現了量產,標志性應用就是蘋果的A11處理器,這給臺積電帶來了巨大的收益。2018年其10nm營收持續增長,并向Fab12和Fab15轉移。產品主要包括手機AP、基帶和ASIC。
那之后,臺積電10nm營收的比例基本持平,且相對份額不高,28nm和16nm一直是該公司收入的主要來源。
三星方面,幾乎與臺積電同步量產10nm制程。2015年7月,該公司旗下的制造部門Samsung Foundry的Kelvin Low 在網上發布了一段視頻,確認三星已經將 10nm FinFET 工藝正式加入路線圖;2016年10月,該公司第一代10nm FinFET LPE制程大批量生產;2017年4月,三星第二代10nm FinFET工藝技術10LPP通過認證;2017年10月,8nm FinFET工藝技術8LPP通過認證;2017年11月,第二代10nm FinFET工藝技術量產。
在10nm這個節點,三星和臺積電的進度相差不大,但總體水平,臺積電仍然略勝一籌。
Intel也早就開始了10nm的研發,原計劃是在2016年量產,當時,EUV還不成熟,因此,Intel選擇了多重四圖案曝光(SAQP)技術,但研發過程中遭遇困難,導致10nm量產時間一再推遲。而從當時的情況來看,采用SAQP技術造成良率較低可能是遲遲無法規模量產的主要原因。
在那之后,Intel一直未對外公布10nm量產進度,2017年初,時任IntelCEO科再奇在美國CES展會前,宣布首顆10nm處理器Cannon Lake就緒,將迎戰臺積電和三星。
然而,沒過多久,Intel官方對外發布了繼承當年主打的第七代核心處理器Kaby Lake的第八代Core處理器細節,表示仍將采用14nm制程生產,10nm量產時間又被延遲了。經過多年的周折和延遲,Intel的10nm終于在2019年底實現量產。
自2018年下半年以來,Intel在升級和建立用于生產10nm芯片的新生產線方面投入了大量資金,但要想擴大規模還需要幾年時間。在此期間,Intel必須提高其14nm芯片的產量。因此,傳聞它將一部分CPU轉由三星代工,希望能夠解決產能不足的問題。
不過,Intel對制程節點的嚴謹追求是很值得稱道的,從具體的性能指標,特別是PPA和晶體管密度來看,Intel的10nm比臺積電的10nm有優勢。
短暫停留
目前,已經實現10nm大規模量產的只有臺積電和三星。Intel的生產規模有限,不做過多評論。
不過,即使是像臺積電和三星這樣的龍頭企業,在10nm這座橋上停留的時間都比較有限。
來自臺積電的統計顯示,2017年,10nm營收在該公司所有制程中的占比為10%,2018年Q2,占比上升到了13%,Q3占比為6%,2018全年營收占比為11%。2019年,這一比例下降到了3%。
從上圖可以看出,過去兩年,臺積電16nm及更成熟制程工藝的營收比例變化不大,變化主要體現在最先進制程方面,具體就是7nm和10nm,2018年,這兩種制程的營收占比不分伯仲,而到了2019年,情況出現很大變化,隨著7nm的成熟和放量,一舉超越10nm,成為了營收第一主力。
還有一點:2017上半年,聯發科為了進攻高端市場,全力打造Helio曦力品牌,推出了x30處理器,工藝制程也從原先的16nm,升級到10nm,計劃交給臺積電代工生產。
但是,臺積電一方面要解決10nm制程良率的問題,一方面要全力供給蘋果處理器,造成聯發科x30處理器難產。這間接導致在華為和蘋果試水之前,幾乎沒有廠商大規模采用臺積電的10nm制程。這也成為了該公司10nm制程發展的一個障礙。
從今年的情況來看,臺積電16nm及更成熟制程工藝的營收比例變化也不會大,而5nm和7nm的占比將會進一步提升。在這樣的趨勢下,該公司在今年第二季度的營收中,沒有了10nm的蹤影。如下圖所示。
可見,今年,臺積電將重點放在了7nm和5nm上,10nm似乎是一個過渡性的制程節點,所占比重在不斷降低。
總體來看,7nm量產之后,臺積電就將主要資源投入在了該制程方面,10nm在比較短的時間內,就完成了它的歷史任務。
三星方面,2017年,幾乎與臺積電同步量產10nm制程后,三星將大部分的高通驍龍處理器訂單收至麾下。不過,為了趕上臺積電7nm制程量產的步伐,三星在10nm上花費的精力和時間也比較有限,2019年,三星的7nm制程收到了高通驍龍765的訂單。而與臺積電相似,將規劃的重點放在了未來的5nm和3nm上,10nm很可能也是匆匆走過。
結語
綜上可見,10nm成為了對最先進制程工藝有強烈渴望廠商必經,但又難以長時間停留的窄橋,臺積電是這樣,三星也是如此,而相對來講,Intel的情況還不是很明朗,或許它能成為相反的案例。
不過,從市場傳出該公司將于明年把大量7nm和6nm芯片外包出去生產的消息來看,Intel似乎對10nm制程也沒有太大的信心。
如何成功邁過10nm這道坎兒,是晶圓廠必須要面對的挑戰,而在麻煩不斷的當下,犯錯的可能性似乎在加大,不過,誰又不會犯錯呢?
半導體行業霸主Intel犯過錯,就連山姆大叔成長史上難得一見的非“公務員”出身的、被一部分人稱為其政界“革命者”的這一屆總統,在疫情面前也出現了大昏招,不然他連任幾無懸念。
在重壓之下產生偏差是難免的,此時,練好內功,做足準備,尋機應變很重要。
此處,不禁想起了愛德蒙·鄧蒂斯最后說的那句話:“人類的一切智慧是包含在這四個字里面的:‘等待’和‘希望’!”
不過,等待希望的前提是做好充足準備,并且要堅持不放棄,既不放棄事,也不放棄人。
責編AJX
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