上周,中芯国际被美国商务部列入实体清单的消息引起轩然大波。对此,中芯国际作出了回应,经该公司初步评估,该事项对其短期内运营及财务状况无重大不利影响,对 10nm 及以下先进工艺的研发及产能建设有重大不利影响,公司将持续与美国政府相关部门进行沟通,并视情况采取一切可行措施,积极寻求解决方案,力争将不利影响降到最低。
当下,中芯国际正处在攻克先进制程(14nm~10nm 之间)量产的重要阶段,其中 14nm 已经于 2019 年底实现量产。
在不久前 11 月中旬召开的 2020 第三财季说明会上,谈到先进制程进展时,中芯国际表示:14nm 良率已达业界量产水准,公司将持续提升产品和服务竞争力,引入更多国内外客户。第二代先进工艺技术“N+1”稳步推进,正在做客户产品验证,已进行小量式产,产品应用主要为高性能运算。
相对第一代,第二代技术平台以低成本、客制化为导向,第二代相较 14nm 性能提升 20%,功率减少 57%,逻辑面积减少 63%,集成系统面积减少 55%。公司正在与海内外客户合作 10 多个先进工艺流片项目,包含 14nm 及更先进工艺技术。
产能计划方面,中芯国际一直秉持谨慎规划原则,以市场和客户需求为导向,统筹计划与布建,先进产能规模相对较小,对于可能的出口管制,正与供应商积极梳理相应解决方案。
总的来说,今年的研发任务基本完成,虽然先进工艺研发取得一些成绩,但距离世界一流水平还有很长的路要走。
可见,中芯国际对于被列入实体清单是有准备的,特别是进行到 10nm 级别制程工艺攻坚阶段,更加谨慎,做好了多手应对措施。
10nm,是半导体先进制程的一道坎儿,它就像一座独木桥,将有志于掌握最先进制程工艺的厂商阻拦在了对岸,要想过去,需要花费相当大的力气。
在这种困难面前,有的选择继续前进,有的选择停步观望、改变策略,而一旦过了桥,到达先进制程彼岸,就可以占得先机,且可具有天时和地利优势,对还想过桥的竞争者产生先发和代次优势,使后来者过桥难度陡增。
更为重要的是,10nm 这座桥只是一个重要的通路,在上边停留的时间很短。
当下,具备 10nm 量产,或是有志于掌握这种能力的晶圆厂只剩下台积电、三星、Intel 和中芯国际这四家了。原本想过桥的另外几家,因为被台积电和三星占先,从而在市场竞争中的劣势越来越明显,多数选择改变发展策略,转而将重心放在了成熟制程工艺上。
抢先过桥
台积电早在 2013 年就开始了 10nm 工艺的研发。而按照早期规划,台积电的计划是 2016 年第四季度量产 10nm 工艺,实际量产时间与其规划基本吻合,2017 年初实现了量产,标志性应用就是苹果的 A11 处理器,这给台积电带来了巨大的收益。2018 年其 10nm 营收持续增长,并向 Fab12 和 Fab15 转移。产品主要包括手机 AP、基带和 ASIC。
那之后,台积电 10nm 营收的比例基本持平,且相对份额不高,28nm 和 16nm 一直是该公司收入的主要来源。
三星方面,几乎与台积电同步量产 10nm 制程。2015 年 7 月,该公司旗下的制造部门 Samsung Foundry 的 Kelvin Low 在网上发布了一段视频,确认三星已经将 10nm FinFET 工艺正式加入路线图;2016 年 10 月,该公司第一代 10nm FinFET LPE 制程大批量生产;2017 年 4 月,三星第二代 10nm FinFET 工艺技术 10LPP 通过认证;2017 年 10 月,8nm FinFET 工艺技术 8LPP 通过认证;2017 年 11 月,第二代 10nm FinFET 工艺技术量产。
在 10nm 这个节点,三星和台积电的进度相差不大,但总体水平,台积电仍然略胜一筹。
Intel 也早就开始了 10nm 的研发,原计划是在 2016 年量产,当时,EUV 还不成熟,因此,Intel 选择了多重四图案曝光(SAQP)技术,但研发过程中遭遇困难,导致 10nm 量产时间一再推迟。而从当时的情况来看,采用 SAQP 技术造成良率较低可能是迟迟无法规模量产的主要原因。
在那之后,Intel 一直未对外公布 10nm 量产进度,2017 年初,时任 IntelCEO 科再奇在美国 CES 展会前,宣布首颗 10nm 处理器 Cannon Lake 就绪,将迎战台积电和三星。
然而,没过多久,Intel 官方对外发布了继承当年主打的第七代核心处理器 Kaby Lake 的第八代 Core 处理器细节,表示仍将采用 14nm 制程生产,10nm 量产时间又被延迟了。经过多年的周折和延迟,Intel 的 10nm 终于在 2019 年底实现量产。
自 2018 年下半年以来,Intel 在升级和建立用于生产 10nm 芯片的新生产线方面投入了大量资金,但要想扩大规模还需要几年时间。在此期间,Intel 必须提高其 14nm 芯片的产量。因此,传闻它将一部分 CPU 转由三星代工,希望能够解决产能不足的问题。
不过,Intel 对制程节点的严谨追求是很值得称道的,从具体的性能指标,特别是 PPA 和晶体管密度来看,Intel 的 10nm 比台积电的 10nm 有优势。
短暂停留
目前,已经实现 10nm 大规模量产的只有台积电和三星。Intel 的生产规模有限,不做过多评论。
不过,即使是像台积电和三星这样的龙头企业,在 10nm 这座桥上停留的时间都比较有限。
来自台积电的统计显示,2017 年,10nm 营收在该公司所有制程中的占比为 10%,2018 年 Q2,占比上升到了 13%,Q3 占比为6%,2018 全年营收占比为 11%。2019 年,这一比例下降到了3%。
从上图可以看出,过去两年,台积电 16nm 及更成熟制程工艺的营收比例变化不大,变化主要体现在最先进制程方面,具体就是 7nm 和 10nm,2018 年,这两种制程的营收占比不分伯仲,而到了 2019 年,情况出现很大变化,随着 7nm 的成熟和放量,一举超越 10nm,成为了营收第一主力。
还有一点:2017 上半年,联发科为了进攻高端市场,全力打造 Helio 曦力品牌,推出了 x30 处理器,工艺制程也从原先的 16nm,升级到 10nm,计划交给台积电代工生产。
但是,台积电一方面要解决 10nm 制程良率的问题,一方面要全力供给苹果处理器,造成联发科 x30 处理器难产。这间接导致在华为和苹果试水之前,几乎没有厂商大规模采用台积电的 10nm 制程。这也成为了该公司 10nm 制程发展的一个障碍。
从今年的情况来看,台积电 16nm 及更成熟制程工艺的营收比例变化也不会大,而 5nm 和 7nm 的占比将会进一步提升。在这样的趋势下,该公司在今年第二季度的营收中,没有了 10nm 的踪影。如下图所示。
可见,今年,台积电将重点放在了 7nm 和 5nm 上,10nm 似乎是一个过渡性的制程节点,所占比重在不断降低。
总体来看,7nm 量产之后,台积电就将主要资源投入在了该制程方面,10nm 在比较短的时间内,就完成了它的历史任务。
三星方面,2017 年,几乎与台积电同步量产 10nm 制程后,三星将大部分的高通骁龙处理器订单收至麾下。不过,为了赶上台积电 7nm 制程量产的步伐,三星在 10nm 上花费的精力和时间也比较有限,2019 年,三星的 7nm 制程收到了高通骁龙 765 的订单。而与台积电相似,将规划的重点放在了未来的 5nm 和 3nm 上,10nm 很可能也是匆匆走过。
结语
综上可见,10nm 成为了对最先进制程工艺有强烈渴望厂商必经,但又难以长时间停留的窄桥,台积电是这样,三星也是如此,而相对来讲,Intel 的情况还不是很明朗,或许它能成为相反的案例。
不过,从市场传出该公司将于明年把大量 7nm 和 6nm 芯片外包出去生产的消息来看,Intel 似乎对 10nm 制程也没有太大的信心。
如何成功迈过 10nm 这道坎儿,是晶圆厂必须要面对的挑战,而在麻烦不断的当下,犯错的可能性似乎在加大,不过,谁又不会犯错呢?
半导体行业霸主 Intel 犯过错,就连山姆大叔成长史上难得一见的非“公务员”出身的、被一部分人称为其政界“革命者”的这一届总统,在疫情面前也出现了大昏招,不然他连任几无悬念。
在重压之下产生偏差是难免的,此时,练好内功,做足准备,寻机应变很重要。
此处,不禁想起了爱德蒙·邓蒂斯最后说的那句话:“人类的一切智慧是包含在这四个字里面的:‘等待’和‘希望’!”
不过,等待希望的前提是做好充足准备,并且要坚持不放弃,既不放弃事,也不放弃人。
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