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14nm争夺战:一场七国群雄争霸

2019-08-16
关键词: 三星 芯片 GPU 半导体

目前来看,具有或即将具有14nm制程产能的厂商主要有七家,分别是:英特尔、台积电、三星、格罗方德、联电、中芯国际和华虹。

14nm制程是当下的中坚力量,承载着市场上绝大多数中高端芯片的制造,特别是工业、汽车、物联网等,拥有庞大的市场空间,14nm制程正当其时。

14nm争夺战概述:

14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造。对于各厂商而言,该制程也是收入的主要来源。

英特尔、三星和台积电依然是14nm制程的主力军,也是它们主要的营收来源,其次是格罗方德和联电,但这两家的14nm产能相对来说很有限,而且也不是它们的发展重点。

因此,在这个有巨大营收规模的市场,前三大玩家都在积极发展10nm、7nm及更先进制程,第四和第五玩家的产能又很有限的情况下,给了我国本土晶圆代工厂商不错的发展机遇,关键是要抓紧时间量产,并保证产能和良率。只要跟对了时间点,还是大有可为的。

英特尔:挤牙膏依旧爆单

而英特尔原计划在2016年推出10nm,但经历了多次延迟,2019年才姗姗来迟,可以看出对14nm制程的倚重程度。

然而,英特尔公司自己的14nm产能已经满载,因此,该公司投入15亿美元,用于扩大14nm产能,预计可在今年第3季度增加产出。

为了改善14nm产能,2018年的资本支出将达到150亿美元,比年初增加了10亿美元,这些钱将投入到俄勒冈州、亚利桑那州、爱尔兰及以色列的14nm晶圆厂中,增加14nm产能供应以满足市场需求。

而为了缓解CPU缺货的尴尬,英特尔已经开始与三星交涉有关CPU代工的问题。目前三星已经正式同意为英特尔代工“Rocket Lake”微架构CPU,该微处理器将于2021年发布。

英特尔在14nm制程节点上确实消耗了比较长的时间,但是同一制程下英特尔通过对架构技术的优化,可以说是充分挖掘了14nm制程工艺的性能潜力。

从14nm到14nm+再到14nm++,从第五代酷睿到第九代酷睿,每代之间的性能提升幅度基本在10%-15%左右,第七代到第八代性能飙升40%。

而酷睿在核心数量提升的情况下,主频、睿频能力不仅未降反升,去年10月英特尔推出的第九代酷睿i9 9900K还达到了单核5GHz睿频。究其原因,正是英特尔在14nm制程架构优化多年所带来的突破。

从英特尔制程优化角度来看,其实这些年来14nm酷睿处理器在性能层面的提升幅度是相当大的,只不过每代与每代之间相对来说提升10%-15%,让人感觉没那么明显罢了。

三星:打造中端还兼职赚外快

三星于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程,先后为苹果和高通代工过高端手机处理器。目前来看,其14nm产能市场占有率仅次于英特尔和台积电。

今年年初三星发布了Exynos7 系列处理器新品:Exynos 7904,定位于中端,提供流畅的多任务处理能力,并且拥有优秀的功耗控制。

三星还准备了其他各种各样的工艺,从14、10nm节点往下覆盖到每一个数字上了,未来还要进军3nm以下的2nm甚至1nm工艺,要挑战半导体的物理学极限。

由于存储芯片市场疲软,对三星的营收产生了很大影响,因此,三星的晶圆代工产能利用率下降,想寻找新客户,高通和英特尔是其主要的争取对象。

英特尔希望三星方面能够解决它们14nm产能短缺的问题,让英特尔方面可以在2021年发布代号为“Rocket Lake”的CPU,三星将在2020年第四季度开始大规模生产14纳米英特尔CPU。

台积电:投入多年构筑护城河

台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程。与三星和英特尔相比,尽管它们的节点命名有所不同,三星和英特尔是14nm,台积电是16nm,但在实际制程工艺水平上处于同一世代。

到2018年第二季度,台积电的16nm和20nm制程对该公司的营收贡献率为25%,主要产品分为两大类:一是逻辑器件,包括中高端手机AP/SoC、基带芯片、CPU、GPU、矿机ASIC,以及FPGA等;二是射频芯片,包括高端手机的WIFI、蓝牙、NFC芯片,5G毫米波芯片,以及汽车电子用芯片等。

新技术一经推出就为台积电抢占了大量的市场份额,一夜之间就把势均力敌的对手甩在了后面。而且由于在迈进16nm/14nm的门槛后,研发成本大大增加,台积电凭借多年的积累逐渐站稳脚跟。

格罗方德:放弃7nm豪赌14nm

格罗方德将无限期暂停7nm LP工艺的开发,以便将资源转移到更加专业的14nm和12nm FinFET节点的持续开发上。

这一决定并不是因为7nm LP工艺面临技术障碍,而是出于经济方面的考虑。在未来一段时间里,将专注射频、嵌入式存储器、低功耗定制产品在14nm、12nm FinFET工艺改进。

除AMD和IBM外的客户,其更青睐于已经成熟的14nm FinFET工艺,而不是尚未成熟的更前沿节点。

14nm是格罗方德最先进的主流制程工艺,位于美国纽约州马耳他,这里除了14nm,还有28nm的,最大产能为6万片晶圆/月,主要采用12英寸晶圆。主要用于代工高端处理器。目前来看,14nm产能占其总营收的比例较小。

联电:替补却带动核心业务增长

联电位于台南的Fab 12A于2002年进入量产,目前已运用14nm制程为客户代工产品。

旗下8英寸厂接单满载,且因硅晶圆涨价明显、导致成本增加,自去年6月起调涨8英寸代工价格,陆续将成本增加的部分转嫁给客户。

联电还将扩增苏州和舰约1万片8英寸月产能,最快今年底能量产。另外,联电14纳米产线打入挖矿市场,承接加密货币挖矿ASIC芯片订单,接单直到第三季度都满载。

然而,联电的14nm制程占比只有3%左右,并不是其主力产线。这与该公司的发展策略直接相关,联电重点发展特殊工艺,聚焦在各种新的特殊工艺发展上,尤其是针对物联网、5G和汽车电子这些在未来具有巨大市场和发展前景的应用领域,联电的汽车电子业务,最近几年的年增长率都超过了30%。

14nm FinFET制程方面,联电于2017年初开始量产,该公司还开发了第二套14nm平台,但是在继续投资14nm制程方面持保守态度。

中芯国际:我国14nm量产的推动者

相对于美、韩和台湾地区,我国在14nm制程方面是绝对的跟随者,经过多年的研发努力,取得了一定的突破,距离量产时间也不远了,有望于2020年实现,中芯国际将扮演主要的推动者。

中芯国际的14nm FinFET已进入客户试验阶段,2019年第二季在上海工厂投入新设备,规划下半年进入量产阶段,未来,其首个14nm制程客户很可能是手机芯片厂商。今年中芯国际的资本支出由去年的18亿美元提升到了22亿美元。

14nm及12nm工艺的进展使中芯国际有望缩小与台积电、三星等一线晶圆代工厂商在先进工艺上的差距。

尽管目最先进的工艺已推进到7nm,但主流芯片却并不是全部采用7nm的工艺制造,14nm工艺仍然具有广大的用户群。另外目前也仅有台积电和三星拥有7nm工艺,中芯国际的14nm工艺并不落后。

华力微电子:紧随其后等待超越

华力微电子今年年底将量产28nm HKC+工艺,明年年底则将量产14nm FinFET工艺。

华力微电子是一个器件和工艺的大平台,目前有两个工厂,其中华虹5厂目前的月产能在35000片左右,工艺节点覆盖55nm-28nm;华虹6厂的目标产能则能够达到每月40000片,今年年底将达到每月20000片,并于2021年底达产,工艺节点更是覆盖到28nm-14nm FinFET。

结尾:

我国发展半导体产业,应当两头兼顾,一方面发展先进工艺技术,比如14nm晶圆制造,同时也应保盈利求生存,在传统工艺、特色工艺相对优势领域求得突破。不过,由于台积电、联电、格罗方德等大厂都已经在中国大陆设厂,中芯国际和华力微电子要想崛起,还有一段路要走。