中芯国际量产14nm制程芯片 这是AIoT时代最有价值的制造

作者: 佚名 2019-10-21 09:00:45

 中芯国际近日表示,通过加大研发投入,14nm制程工艺芯片已经实现量产,并将于2021年正式出货。继去年8月中芯国际首次宣布14nm芯片研发成功,到如今超预期实现量产,良率高达95%。这标志着中芯国际正式赶超台积电南京12寸厂的16nm制程工艺,追平台联电14nm制程工艺,正式跻身全球晶圆先进制程工艺代工厂的行列,这是中国半导体发展史上的重要里程碑。

14nm意味着什么?

所谓芯片“nm”的制程数值,指的是每一款芯片中最小的栅极宽度。

在芯片上数十亿个晶体管结构中,每个晶体管中电流从 Source(源极)流入 Drain(漏级),而其中的Gate(栅极)相当于闸门,主要负责控制两端源极和漏级的通断。而栅极宽度决定了电流通过时的损耗,栅极越窄、功耗越低,性能越高。

芯片制程工艺的具体数值,是评价移动设备性能的关键指标。每一款旗舰手机的发布,通常都与芯片性能的突破息息相关。

以高通在2018年年底发布的骁龙855芯片为例,它采用的是7nm制程工艺,集成超过60亿个晶体管,比高通在2017年第一季度推出的骁龙835(10nm制程工艺)上的30亿个晶体管数量多了1倍,性能大涨了55%,而芯片体积几乎未变,比直径约1.9厘米的一美分硬币还小。

高通骁龙820、835、855与一美分硬币对比目前,许多厂商的主流旗舰机型如三星S10、OPPO Reno和小米9等等都应用了该款芯片。

对于芯片厂商而言,缩减制程数值是它们不遗余力去实现的目标。但是,当栅极宽度逼近20nm时,就会遇到新的技术瓶颈,导致研发难度和成本急剧上升:由于栅极过窄,对电流控制能力急剧下降,二氧化硅绝缘层会变得更薄,容易导致电流泄漏。因此,就需要光刻设备、绝缘材料、芯片栅极改制、FinFET 3D等新技术新工艺以突破技术壁垒。

从制程工艺的发展情况来看,从28nm到14nm是一道分水岭,随着摩尔定律逐步失效,制作更先进制程的芯片需要更长周期,业界至此也开始两极分化为具备先进制程或是传统制程的不同技术能力。

全球六大IC晶圆厂制程演进表在全球半导体业中,能实现14nm工艺节点的企业不到10家,包括英特尔、三星、台积电、格罗方得、联电、东芝、海力士、美光等。

中芯国际14nm芯片实现量产,获得的是成为全球晶圆先进制程工艺代工厂的入场券。至此,“中国芯”距离当前已经量产的最先进制程7nm仅相差两代,产品差距缩小到四年之内。

四年实现技术飞跃

作为中国大陆规模最大的集成电路芯片制造企业,中芯国际在2015年成功量产了28nm制程工艺芯片,并在短短四年实现了从28nm到14nm的飞跃,而台联电为此耗费了整整5年。

技术快速迭代,与中芯国际的高投入密切相关。2018年,中芯国际向荷兰ASML订购了一套EUV设备(极紫外线光刻机),据传是当时最昂贵和最先进的芯片生产工具,价值高达1.2亿美元,2019年初,这一设备已经如期交付。

据ASML官网介绍,这台价值1.2亿美元的设备,能够支持精细到5nm工艺节点的批量生产,拥有每小时155片的300mm尺寸晶圆雕刻能力。这为中芯国际成功实现14nm量产提供了关键设备支撑。在顶尖光刻设备的加持之下,可以想见,中芯国际距离12nm、10nm甚至7nm的时代也不会太遥远。

另一个让中芯国际实现四年快速技术跨越的关键,在于“灵魂人物”新任联席CEO梁孟松。

梁孟松曾经带领台积电和三星分别突破了28nm以及14nm大关。在台积电的17年中,梁孟松为台积电创造了500项专利,对于台积电每一世代制程项目,梁孟松都是作为参与者或者负责人。2011年,梁孟松以研发部总经理、圆晶代工副总的身份加入了三星半导体。在他加入三星之后,三星在2015年早于台积电达成了14nm技术成就,并借此获得了代工苹果A9芯片的订单。

梁孟松2017年,梁孟松辞去了在三星的一切职务加入了中芯国际,他迅速带领中芯国际在2019年初成功量产了第一颗14nm“中国芯”,如今实现了超过95%的良率,进展速度超过预期。

除了14nm芯片之外,中芯国际12nm也已经进入客户导入阶段,如果进度顺利,预计年底会有几家客户进行流片,新一代的FinFET的生产线也在推进之中。

AIoT时代最具价值的制程

据公开报道,中芯国际14nm芯片目前已有超过10个流片客户,其中有车用芯片客户流片,并通过了车用标准Grade 1的测试门槛,众所周知,车用市场对芯片品质门槛要求最高。

对于全球大型芯片制造厂商而言,28nm芯片技术已经非常成熟,产能显得有些过剩。而在另一端,10nm以下制程技术则非常尖端,行业玩家只剩下金字塔尖的台积电、三星和英特尔。

而居于两者中间位置的14nm显然成为了中坚力量,成为绝大多数中高端芯片的主要制程。

有数据统计,在2019年上半年,整个半导体销售市场规模约为2000亿美元,其中65%芯片采用14nm制程工艺,仅10%左右的芯片采用7nm,25%左右采用10nm和12nm,14nm可以说是当下应用最广泛、最具市场价值的制程工艺。

随着5G和AIoT时代的到来,特别是在智慧城市、自动驾驶、安防物联网等领域各项产品日趋丰富,芯片也逐渐专注于针对特殊场景的优化,专用芯片即将迎来“百花齐放”的物种大爆发时代,广泛的AIoT场景,将让14nm制程的芯片拥有庞大的市场空间。

目前,国内已经有超过20家企业投入AI芯片的研发中来。而中芯国际对于关键制程的把控,意味着国内芯片设计企业和AI公司在应用14nm芯片产品方面获得更多的自主能力,从而实现真正完全的“中国智造”。

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