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中芯國際量產14nm制程芯片,這是AIoT時代最有價值的制造

2019-10-18 14:54
來源: 智電網

中芯國際近日表示,通過加大研發(fā)投入,14nm制程工藝芯片已經實現(xiàn)量產,并將于2021年正式出貨。

繼去年8月中芯國際首次宣布14nm芯片研發(fā)成功,到如今超預期實現(xiàn)量產,良率高達95%。這標志著中芯國際正式趕超臺積電南京12寸廠的16nm制程工藝,追平臺聯(lián)電14nm制程工藝,正式躋身全球晶圓先進制程工藝代工廠的行列,這是中國半導體發(fā)展史上的重要里程碑。

14nm意味著什么?

所謂芯片“nm”的制程數(shù)值,指的是每一款芯片中最小的柵極寬度。

在芯片上數(shù)十億個晶體管結構中,每個晶體管中電流從 Source(源極)流入 Drain(漏級),而其中的Gate(柵極)相當于閘門,主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。而柵極寬度決定了電流通過時的損耗,柵極越窄、功耗越低,性能越高。

芯片制程工藝的具體數(shù)值,是評價移動設備性能的關鍵指標。每一款旗艦手機的發(fā)布,通常都與芯片性能的突破息息相關。

以高通在2018年年底發(fā)布的驍龍855芯片為例,它采用的是7nm制程工藝,集成超過60億個晶體管,比高通在2017年第一季度推出的驍龍835(10nm制程工藝)上的30億個晶體管數(shù)量多了1倍,性能大漲了55%,而芯片體積幾乎未變,比直徑約1.9厘米的一美分硬幣還小。

高通驍龍820、835、855與一美分硬幣對比目前,許多廠商的主流旗艦機型如三星S10、OPPO Reno和小米9等等都應用了該款芯片。

對于芯片廠商而言,縮減制程數(shù)值是它們不遺余力去實現(xiàn)的目標。但是,當柵極寬度逼近20nm時,就會遇到新的技術瓶頸,導致研發(fā)難度和成本急劇上升:由于柵極過窄,對電流控制能力急劇下降,二氧化硅絕緣層會變得更薄,容易導致電流泄漏。因此,就需要光刻設備、絕緣材料、芯片柵極改制、FinFET 3D等新技術新工藝以突破技術壁壘。

從制程工藝的發(fā)展情況來看,從28nm到14nm是一道分水嶺,隨著摩爾定律逐步失效,制作更先進制程的芯片需要更長周期,業(yè)界至此也開始兩極分化為具備先進制程或是傳統(tǒng)制程的不同技術能力。

全球六大IC晶圓廠制程演進表在全球半導體業(yè)中,能實現(xiàn)14nm工藝節(jié)點的企業(yè)不到10家,包括英特爾、三星、臺積電、格羅方得、聯(lián)電、東芝、海力士、美光等。

中芯國際14nm芯片實現(xiàn)量產,獲得的是成為全球晶圓先進制程工藝代工廠的入場券。至此,“中國芯”距離當前已經量產的最先進制程7nm僅相差兩代,產品差距縮小到四年之內。

四年實現(xiàn)技術飛躍

作為中國大陸規(guī)模最大的集成電路芯片制造企業(yè),中芯國際在2015年成功量產了28nm制程工藝芯片,并在短短四年實現(xiàn)了從28nm到14nm的飛躍,而臺聯(lián)電為此耗費了整整5年。

技術快速迭代,與中芯國際的高投入密切相關。2018年,中芯國際向荷蘭ASML訂購了一套EUV設備(極紫外線光刻機),據(jù)傳是當時最昂貴和最先進的芯片生產工具,價值高達1.2億美元,2019年初,這一設備已經如期交付。

據(jù)ASML官網介紹,這臺價值1.2億美元的設備,能夠支持精細到5nm工藝節(jié)點的批量生產,擁有每小時155片的300mm尺寸晶圓雕刻能力。這為中芯國際成功實現(xiàn)14nm量產提供了關鍵設備支撐。在頂尖光刻設備的加持之下,可以想見,中芯國際距離12nm、10nm甚至7nm的時代也不會太遙遠。

另一個讓中芯國際實現(xiàn)四年快速技術跨越的關鍵,在于“靈魂人物”新任聯(lián)席CEO梁孟松。

梁孟松曾經帶領臺積電和三星分別突破了28nm以及14nm大關。在臺積電的17年中,梁孟松為臺積電創(chuàng)造了500項專利,對于臺積電每一世代制程項目,梁孟松都是作為參與者或者負責人。2011年,梁孟松以研發(fā)部總經理、圓晶代工副總的身份加入了三星半導體。在他加入三星之后,三星在2015年早于臺積電達成了14nm技術成就,并借此獲得了代工蘋果A9芯片的訂單。

梁孟松2017年,梁孟松辭去了在三星的一切職務加入了中芯國際,他迅速帶領中芯國際在2019年初成功量產了第一顆14nm“中國芯”,如今實現(xiàn)了超過95%的良率,進展速度超過預期。

除了14nm芯片之外,中芯國際12nm也已經進入客戶導入階段,如果進度順利,預計年底會有幾家客戶進行流片,新一代的FinFET的生產線也在推進之中。

AIoT時代最具價值的制程

據(jù)公開報道,中芯國際14nm芯片目前已有超過10個流片客戶,其中有車用芯片客戶流片,并通過了車用標準Grade 1的測試門檻,眾所周知,車用市場對芯片品質門檻要求最高。

對于全球大型芯片制造廠商而言,28nm芯片技術已經非常成熟,產能顯得有些過剩。而在另一端,10nm以下制程技術則非常尖端,行業(yè)玩家只剩下金字塔尖的臺積電、三星和英特爾。

而居于兩者中間位置的14nm顯然成為了中堅力量,成為絕大多數(shù)中高端芯片的主要制程。

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計,在2019年上半年,整個半導體銷售市場規(guī)模約為2000億美元,其中65%芯片采用14nm制程工藝,僅10%左右的芯片采用7nm,25%左右采用10nm和12nm,14nm可以說是當下應用最廣泛、最具市場價值的制程工藝。

隨著5G和AIoT時代的到來,特別是在智慧城市、自動駕駛、安防物聯(lián)網等領域各項產品日趨豐富,芯片也逐漸專注于針對特殊場景的優(yōu)化,專用芯片即將迎來“百花齊放”的物種大爆發(fā)時代,廣泛的AIoT場景,將讓14nm制程的芯片擁有龐大的市場空間。

目前,國內已經有超過20家企業(yè)投入AI芯片的研發(fā)中來。而中芯國際對于關鍵制程的把控,意味著國內芯片設計企業(yè)和AI公司在應用14nm芯片產品方面獲得更多的自主能力,從而實現(xiàn)真正完全的“中國智造”。

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