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14nm制程的「卡脖子」效应-期货开户

来源:正大期货  2023-04-13 11:14

在手艺迭代速率方面,半导体制程工艺步入14/16nm节点之后,需要接纳FinFET工艺来抑制晶体管泄电和可控度降低的问题,由此导致手艺开举事度和资源投入都大幅度增添,因此,这一门槛也被视为先进制程手艺的准入尺度。

14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车芯片等,对于各厂商而言,该制程也是收入的主要泉源。

现在,具备14nm FinFET制程量产能力的晶圆厂主要有以下几家:台积电、三星、英特尔、格芯(GlobalFoundries)、联电和中芯国际。而这些厂商都曾经被14nm制程“卡脖子”:台积电被三星“卡”了一下,量产时间落伍于对方;格芯和联电的FinFET工艺都止步于14nm;英特尔则多年依赖14nm打天下,守候10nm制程量产;中芯国际的情形人人都懂。

01 三星阻击台积电

三星与台积电的周全竞争要追溯到早些年14nm制程的量产。

三星于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程,先后为苹果和高通代工过高端手机处置器。

2015~2016年,随着14nm制程的逐步成熟,三星从台积电那里夺得了不少大客户订单,收入颇丰。彼时的智能手机市场处于平台期(最先泛起衰退,但对相关产业链的影响有滞后效应),对于相关芯片的需求量照样对照兴旺。这两方面因素,使得三星晶圆代工营业在2016年泛起了大幅度增进。

稍微落伍于三星,台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程。与三星和英特尔相比,只管它们的节点命名有所差异,三星和英特尔是14nm,台积电是16nm,但在现实制程工艺水平上处于统一世代。台积电的16nm有多个版本,包罗16nm FinFET、16nm FinFET Plus手艺(16FF )和16nm FinFET Compact手艺(16FFC)。

量产后,台积电16nm FinFET制程逐步追赶并跨越那时在14nm工艺手艺最强的英特尔。

而到了2017年,随着台积电16nm制程的进一步成熟,三星部门大订单又被台积电抢了回去;此外,全球智能手机市场周全衰退,其负面效应也最先展现,对相关先进制程芯片的需求大减。这两个因素导致三星晶圆代工营业在2017年销售额同比增幅(4%)大幅下降。

02 特色工艺双雄止步14nm FinFET

与台积电和三星你追我赶地追求先进制程工艺*职位差异,格芯和联电不约而同地将生长计谋放在了特色工艺上,同时放弃了10nm及更先进制程的研发,在FinFET工艺方面,这两家在14nm处到达了巅峰。

在全球五大晶圆代工厂商中,格芯的历史最短(确立于2009年),是脱胎于传统的IDM公司AMD,在经由了一系列的分拆、整合、并购和更名以后,形成了今天的格芯。

虽然有中东母公司的巨额投入,但格芯的盈利能力一直难以令人知足。2018年,该公司正式对外宣布,放弃10nm及更先进制程手艺的研发,将精神放在特色工艺手艺研发,稀奇是SOI工艺手艺上来。之后,该公司先后出售了几项营业,以将资源集中于焦点营业。

格芯制订了两条工艺蹊径图:一是FinFET,这方面,该公司有14LPP和新的12LPP;二是FD-SOI。格芯的14nm制程产线位于美国纽约州马耳他,这里除了14nm,尚有28nm的。主要用于代工高端处置器。现在来看,14nm产能占其总营收的比例较小。

联电与格芯的计谋异常相似,也于2018年宣布不再投入14nm FinFET以下先进制程手艺的研发,将主要精神放在特色工艺手艺和优化客户服务水平上。这样做,可以避开与台积电硬碰硬式的竞争,提升资金行使效率。

联电的14nm FinFET制程于2017年头最先量产,该公司还开发了第二套14nm平台,然则,在继续投资14nm制程方面,该公司持守旧态度,因此,联电的14nm制程营收占比只有3%左右,并不是其主力产线。

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03 英特尔的苦恼

自2015年正式推出14nm制程后,英特尔对其依赖了4年的时间,该制程也为这家半导体巨头带来了异常可观的收入。从Skylake(14nm)、Kaby Lake(14nm )、Coffee Lake(14nm ),到2018年推出的14nm ,该公司一直在保持对14nm制程的更新。而英特尔原设计在2016年推出10nm,但履历了多次延迟,2019年才姗姗来迟,从这里也可以看出该公司对14nm制程的倚重水平。

在依赖14nm制程打天下的谁人时段,产能不足是令英特尔最为头疼的问题,不仅给该公司,还给其主要客户,如戴尔、惠普和遐想等带来了不少贫苦,2019年,由于英特尔迟迟不能交货,使得戴尔等PC厂商不得不改变事先制订好的产物上市计谋和节奏。这对双方都是件尴尬的事。

14nm产能不足的问题不仅仅泛起在2019年,在更早的时间就有苗头,只是问题在2018和2019年较为集中地发作出来。之以是云云,一方面是由于英特尔对先进制程工艺的要求较为严苛,对“摩尔定律”高度摩拜,险些是一丝不苟地根据每18~24个月,将CPU的晶体管数目和性能提升一倍的纪律举行,在很长一段时期内是不打折扣的,这种计谋与晶圆代工厂照样有区其余。究竟彼时的英特尔是传统的IDM模式,芯片的生产制造是一个完周全向内部的闭环系统,不需要面临林林总总的Fabless客户需求压力。

另外,在坚定不移地遵照“摩尔定律”的情形下,英特尔对先进制程(10nm及7nm)的研发难题水平预估不足,导致10nm制程经由5年多的攻关才进入劈头量产阶段。这也是导致其14nm产能不足的一个主要缘故原由,由于该公司在10nm上投入了大量资源,原本以为会根据事先制订的时间表量产,但事与愿违,量产时间一拖再拖,这打乱了该公司先进制程生长节奏,从而对14nm的推进发生了影响。因此,2018和2019年不停传出其14nm制程CPU要找外部晶圆代工厂代工生产的新闻。

到了2019年11月,外媒称,英特尔将部门CPU的生产订单外包给了三星,这在很洪水平上缓解了其14nm产能不足的问题。

04 中国大陆14nm制程一起崎岖

相对于美、韩和中国台湾区域,中国大陆在14nm制程方面是*的追随者,中芯国际经由多年的研提议劲,取得了突破。

2019年头,中芯国际14nm FinFET进入客户验证阶段,2019年第二季度在上海工厂投入新装备,下半年进入量产阶段。

2019年2月,中芯国际联席首席执行官梁孟松指出:“我们起劲确立先进工艺全方位的解决方案,稀奇专注在FinFET手艺的基础打造,平台的开展,以及客户关系的搭建。现在,中芯国际14nm手艺进入客户验证阶段,产物可靠度与良率已进一步提升。同时,12nm的工艺开发也取得突破。”

据悉,中芯国际14nm制程量产主要分三个阶段:*阶段是成本>ASP,第二阶段成本与 ASP相抵,第三阶段成本<ASP。这三个阶段需要控制产能逐步爬升,产物品类也需要稳重选择。*阶段主要聚焦高端客户、多媒体应用等,第二阶段聚焦中低端移动应用,而且在 AI、矿机、区块链等应用有所准备。第三阶段为实现高 ASP,会生长射频应用。

在2020年11月召开的第三财季说明会上,谈到先进制程希望时,中芯国际示意:14nm良率已达业界量产水准,公司将延续提升产物和服务竞争力,引入更多海内外客户。第二代先进工艺手艺“N 1”稳步推进,正在做客户产物验证,已举行小量试产阶段,产物应用主要为高性能运算,相对*代,第二代手艺平台以低成本、客制化为导向,第二代相较14nm性能提升20%,功率削减57%,逻辑面积削减63%,集成系统面积削减55%。公司正在与海内外客户相助10多个先进工艺流片项目,包罗14nm及更先进工艺手艺。

产能设计方面,中芯国际一直秉持郑重计划原则,以市场和客户需求为导向,统筹设计与布建,先进制程产能规模相对较小。 

而在中国大陆,无论是从芯片的量,照样对先进制程的渴求水平,华为海思无疑是排在首位的,这也与中芯国际14nm制程量产*阶段的目的异常吻合。由于受到美国商业限制,海思来自于台积电16nm制程芯片的代工产能难以保证,导入中芯国际是一定选择。

在实现14nm制程量产后,由于美国加紧了对中国大陆晶圆厂购置美日欧先进半导体装备的限制,使得中芯国际无法获得EUV光刻机,因此,生长到14nm后,要想在更先进制程量产方面更进一步,异常难题。

05 结语

现在,先进制程已经生长到了3nm,三星和台积电划分于2022上半年和下半年宣布量产。相对而言,14nm制程已经很难被称为先进制程,其在前文提到的各大晶圆厂营收中的占比也在逐年下降。

虽然不像成熟制程(28nm及以上)那样具有广漠且稳固的市场,也不像*进制程(7nm及以下)那么吸引眼球,但14nm依然是不能或缺的,它似乎是一个沙漏的中央部门,虽然很细,不像两头(成熟制程和*进制程)那么显眼,却是必不能少的,没有它,整个沙漏将无法事情。




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