28nm之后，令人望而生畏的巨额成本

　　28nm后，芯片的流片成本将成指数级增长。“如果说目前开一个28nm的芯片200-300万美元对很多公司来说已是不堪重负，那么，未来，开一款16nm的芯片成本将在千万美元左右，而开一款10nm的芯片，从现在各项投入来看，可能需要达到1.3亿美元。”在前不久举办的“2014上海FD- SOI论坛”上，芯原微电子公司技术市场和应用工程师资深总监汪洋说道。不过，尽管如此昂贵，他透露国内仍有一些真土豪提出要开16nm的芯片，主要是那些为挖金币而定制的处理器芯片。

　　

　　如果说28nm的设备与各方面的投入已经令人望而生畏，那么其之后的工艺，各种设备投入则会变成天文数字，并且，现在主流的FinFETs技术路线成本会更高，实现难度也更大。著名研究机构International Business Strategies（IBS） CEO Handel Jones在会上大力推荐FD-SOI技术路线。他分析：“FinFETs 在设计上具有高成本与高难度，英特尔也由于这个原因，导致其14nm产品由于技术爬坡，延迟了15个月量产。三栅极产品是晶圆厂与无晶圆厂的芯片公司共同面临的重大难题。”他说道，“考虑到FD-SOI功耗比BULK CMOS低，但是成本又比FinFets便宜。所以，我认为FD-SOI是衔接28nm BULK CMOS工艺与FinFETs的最好的技术。”

　　据会上介绍，韩国三星会同时走两条路线，并且正在考虑更偏向 FD SOI。“三星明年一季度会有28nm FD-SOI量产工艺推出，同时，其28nm的BULK CMOS工艺会有大量产能放出来。明年28nm芯片的流片成本会快速下降。”汪洋分析。这个对于中国IC公司来说是一个好消息，因为目前仅有的三四家 28nm晶圆厂，不仅流片成本贵，而且中国公司根本抢不到产能。据昌旭了解，今年下半年，因为苹果的iPhone6和iPhone6 Plus占了TSMC大量的20nm产能，导致像联发科技这种TSMC的重要客户也拿不到所需要的28nm足够产能，更不用说大陆的IC公司。并且，明年高端的手机芯片会转向20nm了，比如高通的S810系列明年初量产就是20nm了；而海思更是宣布已开始与TSMC在试产包括网络芯片与手机芯片两种产品的16nm工艺。

　　好了，下面我们来看看Handel Jones所分析的，在未来28后世代芯片产业链的巨额成本。

　　

　　目前28nm的芯片哪些领域在用？

　　我们先看看目前热门的28nm工艺，主要是哪些应用在采用？图下分析可以看出，2015年至2016年，28nm的工艺主要应用领域还是手机应用处理器和基带。但是，其它应用上来也很快，比如说OTT盒子和智能电视等市场。至2019年与2020年的时候，混合信号产品和摄像芯片也将会采用28nm的工艺了，当然，那时候，手机芯片就会采用更高端工艺了，看后面的分析。

　　并且，从下图可以看出，28nm工艺节点将会有一个较长的时间窗口，也就是它会在很长一段时间内是高端主流的工艺节点，因为成本的关系，大家不会很快地转向16nm/14nm。

　　

　　

　　FD SOI工艺的市场潜力分析

　　目前，IBM与ST在32nm与28nm上提供FD SOI工艺，IBM的产能最大，ST的产能小。明年，三星开始在28nm节点上推FD SOI。“目前制约FD SOI产能的一个重要因素是芯片载板材料短缺。全球主要有三家FD SOI载板材料厂商：Sun Edison、Soitec以及SEH。”芯原FAE总监汪洋说道。从下图看，IBS对于FD SOI工艺的预期是非常高的。“物联网上需要的SoC芯片，基于小尺寸、低功耗、长寿命周期，并且是数模混合的IC，这些都是FD SOI工艺非常适合的。”Handel Jones解释。他特别看好物联网芯片未来对FD SOI工艺的需求。

　　

　　

　　FD SOI工艺成本优势分析

　　IBS认为，在28nm与14nm两个节点上，FD SOI工艺都具有Wafer成本优势。并且28nm FD SOI与目前的28nm普通工艺比，没有太多的Wafer成本提升。

　　

　　

　　每百万门的成本来看，FD SOI也具有很大的优势。

　　

　　上图：分析各种工艺晶圆厂的使用寿命，FinFETs的寿命最短。

　　

　　IBS认为，拿物联网的应用来看，由于其对低功耗与低成本的要求，FD SOI是最佳选择。

　　28nm后世代芯片巨额成本分析

　　如下图，对于FinFet，完成一个14/16nm的设计，成本高达2.127亿美元。

　　

　　下图，对于一个300mm的晶圆厂，生产10K的WPM，如果是未来的5nm节点，可能需要40亿美元！

　　

　　下图：对于设备厂商而言，5nm节点的设备，在生命周期内将带来168亿美元的收入。

　　

　　下图：每40K WPM晶圆片带来的收入，比如14/16nm可达47亿美元，而未来的5nm节点更是会达到94亿美元，所以wafer厂商在投产前就需要对应用进行教育，不能让产能空出来，那将是巨大的损失。

　　

　　“业界很多人希望沿着英特尔的FinFet路线走，他们不知道英特尔已遭遇FinFet延迟量产的痛苦，并且英特尔每年投入到工艺研发的费用就高达30亿美元。”Handel Jones说道，“TSMC在16nm FinFet上犯过一些错误，现在需要的是在10nm FinFet上加速前进。今年，它在28nm的产能约为150K WPM，明年可达到180K WPM。”最后，他总结道：“人类在双极工艺上已有50年的历史，但是在3D晶体管上才刚刚开始，可靠性还需要证实。我们认为，28nm的FD SOI是一个正在被证明的技术，而14nm FD SOI将具有很大的潜力，并且可以扩展至10nm。”特别的，他指出：“中国的半导体工艺路线如果沿着FinFet将会损失大量的金钱，对于中国来说，最好的选择是FD SOI。”