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纳米制程进度如何?英特尔/三星/台积电/中芯国际都做了哪些努力

2018-11-01
关键词: 纳米制程

  芯师爷说:纳米制程是半导体制造领域的核心技术,最近英特尔扩建10nm工厂,三星14亿买10台光刻机,开动7nm工厂,其6nm也正在计划中,今年初,台积电5nm已经动土,大陆半导体制造和先进地区还存在一定差距,在大基金和地方政府的支持下,中芯国际等半导体制造企业一直在努力突破。

  本文采编:Carol

  部分信息来源:网络整理

  转载请注明来源芯师爷

  纳米制程对半导体公司意味着什么?

  在半导体芯片行业,企业的模式主要分三种,像英特尔这种,从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,称为称为IDM(Integrated Design and Manufacture)公司。

  而有的公司只做设计这块,是没有fab(工厂)的,通常就叫做Fabless。例如AMD、高通、博通等。而还有的公司,只做代工,只有fab,不做设计,称为Foundry(代工厂),常见的台积电等。

  纳米制程是针对IDM和Foundry而言,Fabless没有工厂,不需要担心纳米制程的问题。他们只需要选择合作对象,给他们设计的芯片进行代工,所以更先进的制程对于IDM和Foundry的意义就不言而喻了。

  那么目前纳米制程发展现状如何呢?全球知名代工厂中芯国际、英特尔、三星、台积电都有哪些新突破和新动作?

  未来中芯国际28纳米

  将有可喜的增长

  亲历50年中国半导体产业发展历程的著名学者、行业评论家莫大康,前几天发布了一篇文章《中芯国际要迈过28纳米的坎》中谈到,中芯国际在28纳米技术上的发展现状。

  业界公认28纳米是长寿命节点,未来的7纳米也是一样。据IBS公司的预测,随着28nm工艺的逐步成熟,市场需求呈现快速增长的态势。从2012年开始的每年91.3万片,2014年的294.5万片,一直到2017年的463.3万片,达到顶峰。即便到2020年时预测市场需求仍每年可达428.7万片。它与通常的先进工艺制程不太一样,被更先进工艺制程的替代速率下降缓慢,因此受到代工业界十分重视。

  28nm制程工艺主要分为多晶硅栅+氮氧化硅绝缘层栅极结构工艺(Poly/SiON)和金属栅极+高介电常数绝缘层(High-k)栅结构工艺(HKMG工艺)。Poly/SiON工艺的特点是成本低、工艺简单,适合对性能要求不高的手机和移动设备。HKMG的优点是大幅减小漏电流、降低功耗、及提升性能,但是工艺相对复杂,成本与Poly/SiON工艺相比较高,有人预测高约50%。

  全球28纳米制程的代工销售额,每年约90-100亿美元,其中台积电占80%以上。全球代工28纳米产能,总体上是供不应求,所以台积电的28纳米产能利用率经常达100%,其原因复杂。如依2016年底统计,台积电是目前全球28nm市场的最大企业,产能达到每月155,000片,占全球28nm代工市场产能的62%;三星,GlobalFoundry,联电的产能分别达到了每月30,000片,40,000片和20,000片。从供应端分析,2016年全球28nm的产能总供给为每月25万片。

  而从应用端市场分析,据赛廸顾问的资料,28nm工艺主要应用领域仍然为手机应用处理器和基带。至2017年之后,28nm工艺虽然在手机领域的应用有所下降,但在其他多个领域的应用迅速增加,目前能看到的应用领域有OTT盒子和智能电视领域。在2019-2020年时,混合信号产品和图像传感器芯片也将规模使用28nm工艺。

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  据预测未来中芯国际的28纳米将有可喜的增长,如2017 Q4它的28纳米己占该季销售额787M美元的11.3%,也即达到8893万美元。未来它的28nm产能将实现快速的增长,从2016年的1.7万片/月,可能到2018年底的6万片/月。从技术方面在Q4法说会上梁孟松表示今年下半年将打通HKMG工艺,并由于价格竞争,它的28纳米代工价格受到压力,影响了毛利率。总体上预测中芯国际的28纳米应该达到2018年营收的15%-20%。

  英特尔砸320亿

  扩建10nm制造工厂

  2月23日消息, 路透社报道,英特尔决定向位于以色列南部的Kiryat Gat工厂投资50亿美元(约合人民币317亿元),用于后者半导体制程工艺的改良。

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  英特尔砸320亿扩建10nm制造工厂(图片来自baidu)

  报道称,目前Kiryat Gat仅仅基于22nm工艺,工具、设备等都落后于当下顶尖。不过接下来,英特尔将在今年开始注资,2020年完成投放,并让KG工厂有效地提升产能。

  消息称,英特尔将把KG改造为自己10nm工厂的有效支撑。而Intel的10nm芯片在2017年底开始出货,2018年下半年进入大规律量产期,预计至少会在主流市场维持3年的时间。

  按照英特尔CEO Brian Krzanich的表述,10nm首批芯片的进程一切都在计划内,今年年底前肯定能够发货,不过数量不会很多。

  分析认为,这次年底的这批10nm芯片属于早期量产,真正想要大批量出货预计要等到2018年下半年,那时候才有可能上PC平台。

  三星7nm晶圆厂正式动土

  14亿美元安装10台EUV光刻机

  2月22日,三星电子位于韩国华城市的晶圆新厂宣布在2月23日正式动土,预定明年下半年开始量产7nm以下制程的芯片,未来可望在智能装置、机器人的客制化芯片取得不错进展。

  据报道,三星计划投入56亿美元升级晶圆产能。位于华城市的晶圆新厂将安装超过10台极紫外光(EUV)微影设备,由于每台EUV设备要价皆多达1.4亿美元,因此光是采购光刻机的费用,就将达到14亿美元。三星6nm晶圆厂的建设计划,也会在近期公布。

  相较之下,台积电则已开始开始试产7nm芯片,预定第2季为联发科推出芯片原型,并于明年初开始全力量产。

  台积电采用5nm先进制程的12寸晶圆厂已于今年1月26日正式动土,预计第一期厂房明年第一季就可完工装机、2020年年初进入量产。台积电公告指出,待2022年第一、二、三期厂房皆进入量产时,年产能预估可超过100万片十二寸晶圆。

  台积电2016年以优越的前端硅晶圆制造和最新封装科技,将苹果的应用处理器订单整碗捧走,三星决心雪耻,传出要在2018年研发全新的封装制程,抢回苹果订单。

  韩国媒体报导,业界消息确认三星半导体事业部已经投入资金,拟开发全新的扇出型晶圆级封装制程,由三星去年底从英特尔挖角的半导体研究机构董事OhKyung-seok全程监制。三星坚信,等封装制程研发完毕后,苹果订单即可顺利夺回,因此公司也会赶在2019年结束前,将量产设备打造完毕。

  台积电是全球第一家把应用处理器的扇出型晶圆级封装技术商业化的晶圆代工业者,也因此赢得iPhone7的16奈米A10处理器、iPhone8的10奈米A11处理器订单。专家认为,虽然三星、台积电的前端硅晶圆制程技术不相上下,但苹果对台积电的封装科技评价很高,也决定把订单交给台积电。

  业界人士指出,三星到目前为止依旧把重点放在前端制程,对后端的投资并不多,在痛失苹果订单后,三星如今终于感受到后端封装的重要性。

  三星将代工5G芯片

  采用7nm制程工艺

  2月22日消息,近日三星电子在其官方网站上正式宣布,他们已经获得了高通5G芯片的代工权。这一次的高通5G芯片将采用7nm制程工艺。同时,这一技术节点还会引入EUV(极紫外光刻)。

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  三星将代工高通5G芯片:采用7nm制程工艺(图片来自于cnbeta)

  据了解,三星的全新7nm制程工艺技术与10nm制程工艺相比实现面积缩小40%、10%的性能提升、35%的功耗下降。此前高通已经宣布正在研发介于10nm和7nm的8nm中间制程,同样会与三星进行合作,同样值得期待。

  骁龙845处理器本月就将迎来第一款旗舰机三星Galaxy S9。就在最近,国外媒体PC Mag表示他们已经获得了一些骁龙850的信息。这款新处理器将于今年年底上市,并将成为首款搭载消费级5G通讯模组的处理器。

  PC Mag指出,骁龙850处理器将以Windows 10 on ARM设备的形态出现,但是性能提升的幅度并不会很大。有分析人士认为,骁龙850的推出只是针对笔记本产品进行小幅改进。同时,这些媒体还认为,骁龙850将是高通旗下首款消费级5G模组。

  台积电5nm晶圆厂动工

  投资1500亿元2020年初量产

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  1月27日消息,据国外媒体报道,台湾半导体制造商台积电宣布,5nm晶圆十八厂动工,预计2020年年初量产。

  台积电董事长张忠谋表示,5nm技术的整体投资初估约新台币7000亿元(约合1530亿元人民币),十八厂的总投资额则为新台币5000多亿元。十八厂是台积电在台湾的第四座超大型十二寸晶圆厂。

  台积电表示,今日动土兴建之晶圆十八厂第一期厂房,预计于2019年第一季完工装机并于2020年年初进入量产;此外,第二期也将于2018年第三季动工,预计于2020年进入量产;第三期厂房则预计于2019年第三季动工,预计于2021年进入量产。待2022年第一、二、三期厂房皆进入量产时,年产能预估可超过100万片十二寸晶圆,并创造4000个工作机会。

  晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆。台积电称,晶圆十八厂延续所有十二寸超大晶圆厂绿厂房的高标准规格,在设计之初,即对“节水、节能、防污、减废”有周详的规划,同时亦营造机能完整的生态绿地空间。

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