华为、嘉楠相继转单,中芯国际14nm工艺如何助力国产替代?

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本文原创!作者:章鹰 ,电子发烧友执行副主编。

4月以来,中芯国际好消息不断,业内人士称,中芯国际与嘉楠科技合作的14nm挖矿机芯片已经完成测试,计划在2020年第二季度量产出货。此外,华为海思1月份给中芯国际下单,最近业内传出,华为旗下荣耀发表Play 4T系列手机,该产品搭载了中芯国际生产的麒麟710A处理器,投射出中芯国际14纳米量产能力持续成长。

近日,海外媒体报道,三星3nm工艺量产时间可能已经延期至2022年。三星原计划2021年初量产3nm, 但受新冠肺炎疫情影响,三星预期时间可能已经延期至2022年,业内消息人士指出,这并非工艺制造上的延迟,而是因为EUV光刻机等关键设备在物流上的延迟所致。此外,全球代工龙头企业台积电也因为疫情原因,半导体装备及安装人员都无法按期完成,原计划在6月份风险试产的3nm FinFET工艺,试产时间将延期到10月份。

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台积电、三星等晶圆代工巨头,晶圆代工制程迭代放缓,制程进步时间明显拉长,给中芯国际追赶提供了有利时机。还有,美国对中国持续发动科技战,路透社3月底报道,美国特朗普政府高级官员同意对华为采取新措施,以限制华为芯片的全球供应链,其中可能包括一些关键的产业链厂商。据悉,此次禁令主要是通过限制使用美国技术、零件的外国供应商来实现,台积电很有可能位列其中。

拓墣研究所最新发布2020年第一季度全球晶圆代工前十厂商的排名、营收和同比增长情况,显示排名第四的中芯国际营收同比增长了26.8%。受惠于中国内需市场在CIS、PMIC、指纹识别与嵌入式存储器应用等产品的需求,产能利用率接近满载,营收喜人。

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图片来自拓墣研究所

业内人士认为,随着美国对中国集成电路技术及专利加深封锁,中国必须要加速国产替代。华为芯片设计能力出众,中芯国际主业是芯片制造,两家企业上下游合作有实力打造强大的产业链条。

中芯国际14nm工艺制程最新进展

在当前的全球半导体市场中,28nm已经产能过剩,7nm制程只用于智能手机和部分PC等小范围的尖端设备中,居于两者之间的14nm制程才是真正的中坚力量,承载着市场上绝大多数中高端芯片的制造。特别是在工业、汽车、物联网等行业,拥有庞大的市场空间。

台积电在2018年率先实现7nm量产,让台积电的市场份额持续上涨,市场支配地位日益稳固。但在事实上,台积电的14/16nm制程依然是其营收的主要来源,目前约占总营收的25%,Intel早在2014年就实现了14nm的量产,比三星和台积电都还要在早上一年,如今14nm的Intel处理器依然在桌面处理器市场中备受追捧。

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图片来自Digtimes

中芯国际联合首席执行长梁孟松此前表示,中芯国际的14nm制程在2020年产能持续升高,预计3月份产能4000片,7月为9000片,12月达到1.5万片,中芯国际14nm产能提升将加速华为、嘉楠等中国公司芯片的国产化进程。

以麒麟710A处理器为例,采用中芯国际的14纳米FinFET工艺生产,上一代华为的麒麟710处理器是由台积电生产。麒麟710处理器与麒麟710A处理器不同的地方,一是麒麟710主频为2.2GHz,710A为降级版,主频为2.0GHz,710是台积电12纳米工艺生产,710A则是中芯国际在2019年第4季度开始量产的14纳米工艺生产。

在2月财报会议上,梁孟松表示中芯国际公司正在研究开发N+1、N+2工艺,与中芯国际现有的14nm工艺相比,N+1性能提高了20%,功耗降低了57%,逻辑面积可以减少63%,整个SOC(片上系统)面积可以减少了55%。中芯国际表示,就功率和稳定性而言,N + 1可以与市场上的7nm工艺媲美。

“我们对N + 1的目标是低成本应用,相对于7纳米,它可以将成本降低约10%。因此,这是一个非常特殊的应用程序。”中芯国际对媒体表示。

中芯国际在上海、北京、天津、深圳均拥有晶圆工厂,目前该公司可以提供最高的芯片工艺是14nm。

中芯国际14nm工艺量产三大意义

正威国际集团半导体事业群总裁、艾新教育创始人谢志峰博士对电子发烧友记者表示,中芯国际14nm工艺已经量产,国产替代意义重大。

笔者认为,首先,从国家战略切入,2019年第四季度中芯国际14nm量产成功,标志以其为代表的中国半导体公司开启属于中国科技创新的大时代。

第二、在全球半导体代工市场中,14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、HPC、高性能ASIC、FPGA等制造环节,这些场景正符合人工智能及物联网的核心应用需求,承载中国产业革命的科技基石。中芯国际的14nm崛起,正打开这一庞大的市场需求。

第三、中芯国际14nm量产对产业链上下游带来三大利好。首先,充分激发上游设备及材料端迎来国产替代加速,其次,下游终端应用客户比如华为,拥有芯片制造商的支持,有力于打破缺芯瓶颈,还有,中游封装端将获得来自上下游双方的需求升级。

谢志峰博士也特别提醒,比较台积电、三星等全球领先的晶圆代工企业,中国落后世界先进水平2代(约5年)。中芯国际的技术更迭了多代,依旧与国际先进水平相差很多。同时,在规模上,中芯国际比台积电规模差10倍。从另外一方面,依赖中国市场对半导体芯片的庞大需求,中芯国际技术突破后,市场增长空间巨大。

中芯国际迈向新征程需要跨越两重障碍

北京大学上海微电子研究院颜重光教授对电子发烧友记者表示,中芯国际晶圆代工制程与台积电有2代差距。台积电已有超细微制程与前道精细封装技术!手机及5G需要的芯片已使用2.5D及3D的高密系统集成、高速、高频、三维、超细节距互联等新一代集成电路制造技术。

拓墣研究所的调研显示,2019年,全球Top10代工厂商统计图中,台积电大比例领先,市场份额占比超过了50%。而第二名的三星也增长到了19%左右,第三的格芯只有9%左右,第四的联电大约7%左右,中芯国际只有5%左右。我们可以明显看到,全球晶圆代工市场正呈现出强者恒强的局面。

台积电中国区业务发展副总经理陈平博士对媒体表示, 关于先进工艺方向,有三个关键因素:第一、传统的工艺萎缩,台积电今年要推出5nm,在今后要推出3nm、2nm,我们会沿着摩尔定律的方向继续前行。第二、3D异构集成,用不同的工艺技术做成的芯片,通过先进的封装技术整合在一起。第三、软硬件的共同优化,包括设计与工艺的共同优化,三轴一起发展,未来芯片工艺发展大有前景。以此为坐标轴,中芯国际追赶台积电,需要在后两个部分要全力提升,还有一点无法绕过的是,中芯国际距离台积电的产品性能尚有一些差距,在IP授权方面也存在很大的专利壁垒。

清华大学微纳电子学系主任、微电子研究所所长魏少军指出,中国芯片企业正在奋力追赶,中芯国际在2019年的研发支出约占销售收入的22%,但总额仅为6.87亿美元,与台积电还有很大差距。台积电通过高额的研发投入来获得先进技术和先进产品,再通过产品的竞争力获得更大的市场,台积电上调2019年资本支出,从年初的100亿上调到140-150亿美元,砸下巨资建设高端制程和充足产能,来抓住5G时代的市场机遇。

台积电在客户规模和种类上也远远超过中芯国际。台积电7纳米制程的客户遍布全球, 主要客户有苹果、华为海思、联发科、高通、英伟达、超微、赛灵思、比特大陆等知名企业。2019年营收,三成来自7纳米制程。台积电毛利率常年维持在50%,而中芯国际的毛利率则是20% 左右,这其中先进制程对毛利率的贡献最大。获利不高,也会影响公司在未来研发上的投入,增加了向高端芯片发展的难度。

中芯国际希望完全跳过10nm节点,直接过渡到7nm节点。据称,海思在台积电的客户名单上是利用EUV节点的。如果未来,中芯国际可以实现7nm工艺的试产,将会带来更广泛的增长空间。中芯国际认为,2020年,物联网、5G、智能消费品、人工智能及汽车电子将驱动晶圆代工的增长,乐见积极的成长动能和强劲的订单需求。

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