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28nm來到臨界點(diǎn) 臺(tái)積電高通格羅方德等決戰(zhàn)

作者: 時(shí)間:2014-04-04 來源:華強(qiáng)電子網(wǎng) 收藏
編者按:摩爾定律失效了嗎?28nm成為了一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),仔細(xì)推敲一下這個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn),有助于平衡未來的收支。進(jìn)還是退,這是個(gè)問題,不過相信英特爾的回答肯定是要繼續(xù)往10納米一下前進(jìn),因?yàn)樗麄兪冀K相信摩爾定律還未到失效的時(shí)候。

  在摩爾定律的指引下,集成電路的線寬不斷縮小,基本上是按每兩年縮小至原尺寸的70%的步伐前進(jìn)。如2007年達(dá)到45nm,2009年達(dá)到32nm,2011年達(dá)到22nm。但是到了2013年的14nm時(shí)開始出現(xiàn)偏差,英特爾原先承諾的量產(chǎn)時(shí)間推遲。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/235946.htm

  Fabless大廠Altera2013年把它原來交由生產(chǎn)的14nm代工訂單轉(zhuǎn)給英特爾,這一事件曾經(jīng)引起業(yè)界一陣躁動(dòng)。但是由于英特爾14nm量產(chǎn)的推遲,風(fēng)向又開始轉(zhuǎn)向,傳說將把訂單轉(zhuǎn)回給代工。這一事件反映出,集成電路微縮之路未來的前進(jìn)規(guī)則將要改變。兩年的周期很難再維持下去,存在兩種可能性:一種是延長時(shí)間,另一種是把30%的縮小比例減緩一些。

  之所以單把提出來講,是因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)界在從45nm向下演進(jìn)時(shí),原本公認(rèn)的32nm節(jié)點(diǎn)并未成熟,反而又向前延伸了一步,達(dá)到,中間跳過32nm。因此這個(gè)節(jié)點(diǎn)非常特殊,估計(jì)28nm制程的生存周期會(huì)相當(dāng)長。另外,在SoC中包括嵌入式SRAM(eSRAM)、I/O及其他邏輯功能時(shí),在大部分情況下28nm是最優(yōu)化成本。甚至有人計(jì)算得出這樣的結(jié)論:28nm以下集成電路的成本沒有下降反而上升。這說明28nm已經(jīng)是一個(gè)臨界點(diǎn)了,摩爾定律到達(dá)28nm后,實(shí)際已經(jīng)面臨終結(jié)。

  28nm既然如此特殊,自然值得仔細(xì)研究一下。

  28納米工藝角逐

  28nm制程主要有兩個(gè)工藝方向:高性能型和低功耗型。而高性能型才是真正的高介電常數(shù)金屬閘極工藝。

  目前,28nm制程主要有兩個(gè)工藝方向:HighPerformance(HP,高性能型)和LowPower(LP,低功耗型)。LP低功耗型是最早量產(chǎn)的,不過它并非Gate-Last后柵工藝,還是傳統(tǒng)的SiON(氮氧化硅)介質(zhì)和多晶硅柵極工藝,優(yōu)點(diǎn)是成本低,工藝簡單,適合對(duì)性能要求不高的手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備。而HP才是真正的高介電常數(shù)金屬閘極(HKMG)+Gate-Last工藝,又可細(xì)分為HP、HPL(LowPower)、HPM(Moblie)三個(gè)方向。HP工藝擁有最好的每瓦性能比,頻率可達(dá)2GHz以上;HPL的漏電流最低,功耗也更低;HPM主要針對(duì)移動(dòng)領(lǐng)域,頻率比HPL更高,功耗也略大一些。

  高通是第一家量產(chǎn)28nm制程的移動(dòng)芯片廠商,2013年是28nm制程的普及年。

  Intel一直是以技術(shù)領(lǐng)先為導(dǎo)向的,雖然自己的CPU在移動(dòng)通信領(lǐng)域中不太受歡迎,但是其最先使用HKMG+Gate-Last工藝,又最先量產(chǎn)3D晶體管,其制程領(lǐng)先對(duì)手可以按代來計(jì)算。目前移動(dòng)通信領(lǐng)域與Intel展開合作的公司不是太多。

  TSMC受到移動(dòng)終端芯片廠商的青睞,長期以來霸占著集成電路代工市場(chǎng)占有率的第一名。高通驕龍800就采用了TSMC的28nmHPMHKMG這一最高標(biāo)準(zhǔn),而高通MSM8960和聯(lián)發(fā)科四核芯片MT6589T以及聯(lián)芯、展訊等廠商的芯片使用的則是TSMC相對(duì)較差的28nmLP工藝。據(jù)說,MTK的MT6588和八核芯片MT6592采用的是TSMC的28nm級(jí)別最好的HPM工藝。共同執(zhí)行長魏哲家在此前召開的法說會(huì)上提及,相較于采用Poly/SiON技術(shù)的28LP制程,28HPM在相同功耗下可提升30%的運(yùn)算速度,而在相同運(yùn)算速度下,則可降低15%功耗。因此,28HPM制程成為移動(dòng)裝置芯片的首選。

  臺(tái)積電去年開始量產(chǎn)28nmHKMG技術(shù)的28HPM制程,下半年受到高端智能手機(jī)銷售力道減緩的影響,產(chǎn)能利用率出現(xiàn)松動(dòng),但因競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一直無法在28nmHKMG制程上達(dá)到如臺(tái)積電一樣的高良品率,隨著今年全球景氣逐步復(fù)蘇,以及新款移動(dòng)裝置需求轉(zhuǎn)強(qiáng),臺(tái)積電今年已拿下100個(gè)設(shè)計(jì)定案(tape-outs)。

  臺(tái)積電的28nm產(chǎn)能今年沒有太大的擴(kuò)產(chǎn)幅度,但因在HKMG技術(shù)上領(lǐng)先同業(yè),28nm營收今年仍可能有至少20%成長,預(yù)估可為臺(tái)積電帶來超過1600億元新臺(tái)幣的營收。

  從全球代工領(lǐng)域看,美林證券說臺(tái)積電在28nm上的市場(chǎng)占有率超過90%。在2013年第四季度,它的28nm占營收的34%。

  三星發(fā)展勢(shì)頭迅猛,長期以來都為自家芯片和蘋果A系列移動(dòng)芯片提供集成電路制造服務(wù)。三星較早采用HKMG工藝,在業(yè)界進(jìn)入HKMG時(shí)代之初,又秘密研發(fā)后柵極工藝。三星目前的28nm級(jí)別制程使用的是HKMG柵極和前柵極工藝。三星自家的Exyons5系列芯片和蘋果的A7都是采用的此種工藝。近日?qǐng)?bào)道三星電子已擴(kuò)大其28nm的代工,可提供RF的代工生產(chǎn)能力。

  盡管GlobalFoundries的發(fā)言人在IDEM會(huì)上大肆宣傳其28nm工藝是基于gate-firstHKMG工藝基礎(chǔ),但他又表示:“我們也本著特事特辦的精神,正在為滿足某些特殊客戶的特殊請(qǐng)求而為某些特殊產(chǎn)品提供基于28nmPoly/SiON制程的代工,這類產(chǎn)品并不需要HKMG技術(shù)帶來的性能提升和降低漏電的優(yōu)勢(shì)。”

  GlobalFoundries還稱目前已經(jīng)有多家客戶的芯片產(chǎn)品處于硅片驗(yàn)證階段,而且公司旗下的德累斯頓Fab1工廠也已經(jīng)在測(cè)試相關(guān)的原型芯片,很快便會(huì)進(jìn)入試產(chǎn)階段。

  GlobalFoundries與臺(tái)積電目前因所用的HKMG工藝的不同而在市場(chǎng)上火藥味很濃:GlobalFoundries在28nm上會(huì)使用gatefirst型HKMG工藝,而臺(tái)積電則會(huì)使用Gate-lastHKMG工藝。GlobalFoundries還宣稱自己的GatefirstHKMG工藝在成本方面要比臺(tái)積電的Gate-lastHKMG工藝節(jié)能約10%~15%。

  聯(lián)電苦熬一年多的28nm制程近期取得重大突破,承接了先進(jìn)網(wǎng)通及高端手機(jī)芯片的關(guān)鍵HKMG制程,且已獲全球第二大IC設(shè)計(jì)商博通(Broadcom)認(rèn)證,今年第二季度開始接單投片,營運(yùn)出現(xiàn)大轉(zhuǎn)機(jī)。

  聯(lián)電去年即已建成28nmHKMG約1.5萬片月產(chǎn)能,但短期內(nèi)仍難撼動(dòng)臺(tái)積電在28nm上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),但對(duì)聯(lián)電而言意義重大。設(shè)備商透露,聯(lián)電28納米HKMG去年積極追趕臺(tái)積電腳步,并采取“T-Like”模式,爭(zhēng)取成為臺(tái)積電客戶的第二供應(yīng)來源,但進(jìn)展不如預(yù)期,也使聯(lián)電去年28nm制程營收占比還只是個(gè)位數(shù)。

  另外,中芯國際近來也不斷地傳出好消息,在MWC會(huì)上,高通總裁談及高通與中芯國際在28nm工藝上的合作,稱這對(duì)產(chǎn)業(yè)將有著深遠(yuǎn)意義。“高通已將最先進(jìn)的28nm制程技術(shù)引入到中芯國際。我們以前在海外跟其他的半導(dǎo)體客戶有基于28nm的合作,便把這些合作的經(jīng)驗(yàn)帶到中國,與中芯國際進(jìn)行分享,希望借此能夠加快中芯國際在采用更先進(jìn)半導(dǎo)體制程方面的速度,達(dá)到快速成長和共贏。目前,我們跟中芯國際的28nm合作已經(jīng)有商用的產(chǎn)品了,并且產(chǎn)品已經(jīng)大量出貨。”

  另一家重郵信科近水樓臺(tái),依靠著與三星的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,其包括赤兔6310和赤兔8320在內(nèi)的赤兔系列芯片都采用了三星先進(jìn)的HKMG柵極LP工藝。

  中國必須攻克28nm難關(guān)

  開發(fā)28nm工藝需要巨額的研發(fā)經(jīng)費(fèi),在初始階段企業(yè)是無法單獨(dú)承擔(dān)的,迫切需要國家的經(jīng)費(fèi)支持。

  無論IDM還是fabless,都把28nm工藝制程看做是未來實(shí)現(xiàn)盈利的重要手段,因此競(jìng)爭(zhēng)會(huì)非常激烈。盡管中國處于后進(jìn)者地位,但是也必須加入,不可退縮。

  業(yè)界有部分人認(rèn)為,從性價(jià)比角度講,除非有特殊的應(yīng)用,否則28nm可能是最優(yōu)化的一個(gè)制程。特殊應(yīng)用大抵只有兩種情形:一種是數(shù)量巨大的產(chǎn)品,如memory、CPU與FPGA等;另一種是特定的低功耗或者高頻率的SoC需求。

  因此,歸納起來有以下幾點(diǎn)體會(huì);

  一是不能操之過急,不要急于擴(kuò)大28nm的產(chǎn)能。一定要待技術(shù)成熟以及市場(chǎng)有需求之后再進(jìn)行,通常這個(gè)周期也就9到12個(gè)月。

  二是先進(jìn)技術(shù)是買不來的,必須要自己努力攻克難關(guān)。28nm工藝制程有難度,不會(huì)如90nm轉(zhuǎn)進(jìn)65nm那樣輕松,也不要指望某個(gè)公司會(huì)把28nm技術(shù)無償轉(zhuǎn)讓。另外開發(fā)28nm工藝需要數(shù)億美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi),在初始階段企業(yè)是無法單獨(dú)承擔(dān)的,迫切需要國家的經(jīng)費(fèi)支持。

  三是28nm之后的下一代工藝制程是否繼續(xù)跟進(jìn)?需要仔細(xì)斟酌,這將是一個(gè)綜合平衡利弊的結(jié)果。

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