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14nm、10nm、7nm工艺竞争白热化

2015-07-14
关键词: IBM 7nm 英特尔 台积电

       最近,IBM公布了其在7nm制程上取得重大进展,而14nm工艺是英特尔直到2014年才推出的,10nm更是计划2015年推出的,但是现在看来至少要推迟到2016年下半年或者2017年上半年。与14nm类似,英特尔在10nm跳票严重。

  14nm

   多年以来,在纯逻辑制程方面,英特尔都可以理直气壮地声称其工艺领先所有竞争对手。2007年英特尔在45nm节点导入HKMG工艺(High-K绝缘 层+金属栅极),直到2010年左右,HKMG才在整个半导体业界普及。2011年英特尔在22nm节点引入FinFET工艺,直到2014年大部分竞争 对手才实现了FinFET工艺。从22nm推进到14nm,英特尔理应比其他厂商更顺利一些,因为英特尔只需要缩小工艺尺寸,而其他厂商既要导入 FinFET工艺,又要缩减尺寸,但是英特尔在14nm上却栽了大跟头。英特尔在2007、2009和2011年分别进入45nm、32nm和22nm工 艺节点,14nm工艺按计划应该在2013年推出,但是英特尔直到2014年才推出14nm工艺,比计划晚了好几个季度。

  三星则跳过了20nm,在2014年底直接进入14nm工艺,只比英特尔晚了一点点。三星最早的14nm工艺被称为“14LPE”,在“14LPE”之后,三星将推出提升性能的“14LPP”工艺。三星也将14nm工艺授权给GlobalFoundries,从而使IC设计公司有更多的14nm工艺选择。

  台积电对抗14nm工艺的制程被其称为“16FF”,这种16nm FinFET工艺在2014年末引入,2015年量产。2015年下半年台积电还将量产一款提高性能的“16FF+”工艺。

   有两点需要说明一下。英特尔公布的工艺导入日期是英特尔处理器导入新工艺的时间,而晶圆代工厂公布的工艺导入日期是系统级芯片(SoC)导入新工艺的时 间。由于系统级芯片比处理器要支持更多的设备,所以系统级芯片所采用的工艺一般比处理器更复杂。相同的工艺节点,英特尔的系统级芯片工艺导入时间一般比处 理器工艺导入时间晚一年。第二点,晶圆代工厂的14nm工艺指只缩减了前道工艺的尺寸,后道工艺还是20nm工艺的水平,英特尔的前道工艺与后道工艺都进 行了缩减,因此英特尔的工艺尺寸比其他晶圆厂都要小。

  显然晶圆代工厂在14nm工艺的迁移比英特尔更顺利,这种状况对于这些晶圆代工厂意味着什么呢?

   28nm时台积电是晶圆代工厂的领头羊,苹果因此把应用处理器的订单从三星转移到了台积电。14nm/16nm节点上,苹果的业务仍然是台积电最大的收 入来源,但是苹果把代工业务分给了三星和台积电,而且三星的订单更早一些。高通也把部分订单从台积电挪到三星。显而易见,三星14nm的顺利量产使得它从 台积电那里抢了不少生意。

  14nm工艺推迟对于英特尔的影响难以判断,英特尔仅有很少的代工业务,因此至少现在代工方面对于英特尔没有 实质影响。英特尔最主要的业务是PC处理器,在这个市场和AMD历经多年拼杀,终于凭借先进的工艺和制造优势迫使AMD卖掉了晶圆厂。现在英特尔在PC处 理器市场近乎垄断地位,从现在的市场来看,14nm工艺推迟对于英特尔的PC业务不会有实质性影响。工艺延缓或许对财务会造成不利影响,但是英特尔整个 2014年的毛利仍然很高,所以这方面的影响也可以忽略。

  10nm

  本来根据英特尔的计划,10nm工艺应该在2015年推出,但是现在至少要推迟到2016年下半年或者2017年上半年。与14nm类似,英特尔在10nm跳票严重。

  三星已经展示了10nm的晶圆,并表示他们将在2017年量产10nm工艺。

  台积电也在紧攻10nm工艺,宣称将在2016年第二季度试产10nm工艺,并在2016年末正式开始量产。基本上这三家公司在10nm工艺进度上是前后脚的关系。

   三星和台积电谁能够在10nm工艺竞赛中领先,谁就能够得到更多苹果的代工业务。现在三星和台积电在10nm工艺开发上进展都非常好,不过 GlobalFoundries的10nm工艺进展则是一个谜,GlobalFoundries最近把IBM的半导体业务买了下来,通过IBM的资 源,GlobalFoundries现在开始开发自己的10nm工艺。

  英特尔的10nm工艺何时量产难以预测。英特尔刚刚收购了Altera,10nm工艺对于生产Altera的产品很重要。工艺推迟肯定会影响到英特尔的财务状况,但是对于英特尔PC处理器的影响很难看清楚。

       7nm

  IBM最近公布了一颗7nm工艺测试芯片,这是IBM和 GlobalFoundries、三星和半导体设备商等一起合作的成果。这颗测试芯片被认为是现在唯一一颗可以工作的7nm芯片,公布出来的工艺细节包括 采用硅锗(SiGe)FinFET通道、EUV(远紫外光)以及30nm的间距。

  如果期望7nm工艺在2017/2018年量产,那么 现在完成7nm测试芯片正当其时。台积电也许诺在2017年量产7nm工艺,这将使其史上第一次实现两年导入两个工艺节点。采用硅锗通道与30nm间距都 在意料之中。EUV成功使用很重要,但是量产时还需要解决EUV工具、薄膜等问题。

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  由于现在台积电和英特尔关于7nm的开发状况守口如瓶,所以也难说IBM这次就真的跑在了前面。但是这个可以工作的7nm测试芯片对于半导体产业无疑是个好消息。未来几年这几家厂商在工艺上的竞赛也值得关注。

  结论

  苹果、高通、NVIIDA和Xilinx都有大量的代工业务,这些IC设计厂 商试图在三星和台积电之间找到平衡,自然希望这两家的工艺能够齐头并进。三星和台积电在制程大战中与英特尔打得不可开交,甚至在系统级芯片(SoC)制程 上领先了英特尔。英特尔在工艺发展上碰到了很多麻烦,虽然现在还没有给英特尔造成大的影响,但是如果未来几年英特尔还不能摆脱困局,那么工艺问题定将长他 人志气,灭自己威风。


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