凯发k8一触即发|祭亡灵杀手|半导体主流先进制程工艺梳理总结
来源:凯发k8·[中国]官方网站 发布时间:2024-04-19
而从制程工艺的发展情况来看ღღ,一般是以28nm为分水岭ღღ,来区分先进制程和传统制程ღღ。下面ღღ,就来梳理一下业界主流先进制程工艺的发展情况ღღ。
由于性价比提升一直以来都被视为摩尔定律的核心意义ღღ,所以20nm以下制程的成本上升问题一度被认为是摩尔定律开始失效的标志ღღ,而28nm作为最具性价比的制程工艺ღღ,具有很长的生命周期ღღ。
在设计成本不断上升的情况下ღღ,只有少数客户能负担得起转向高级节点的费用ღღ。据Gartner统计凯发k8一触即发ღღ,16nm /14nm芯片的平均IC设计成本约为8000万美元ღღ,而28nm体硅制程器件约为3000万美元ღღ,设计7nm芯片则需要2.71亿美元ღღ。IBS的数据显示ღღ:28nm体硅器件的设计成本大致在5130万美元左右ღღ,而7nm芯片需要2.98亿美元ღღ。对于多数客户而言ღღ,转向16nm/14nm的FinFET制程太昂贵了ღღ。
就单位芯片成本而言ღღ,28nm优势明显ღღ,将保持较长生命周期ღღ。一方面ღღ,相较于40nm及更早期制程ღღ,28nm工艺在频率调节ღღ、功耗控制ღღ、散热管理和尺寸压缩方面具有明显优势ღღ。另一方面ღღ,由于16nm/14nm及更先进制程采用FinFET技术ღღ,维持高参数良率以及低缺陷密度难度加大ღღ,每个逻辑闸的成本都要高于28nm制程的ღღ。
28nm处于32nm和22nm之间ღღ,业界在更早的45nm阶段引入了high-k值绝缘层/金属栅极(HKMG)工艺祭亡灵杀手k8凯发国际官网ღღ,ღღ,在32nm处引入了第二代 high-k 绝缘层/金属栅工艺ღღ,这些为28nm的逐步成熟打下了基础ღღ。而在之后的先进工艺方面ღღ,从22nm开始采用FinFET(鳍式场效应晶体管)等ღღ。可见ღღ,28nm正好处于制程过渡的关键点上ღღ,这也是其性价比高的一个重要原因ღღ。
目前ღღ,行业内的28nm制程主要在台积电ღღ,GF(格芯)ღღ,联电ღღ,三星和中芯国际这5家之间竞争ღღ,另外祭亡灵杀手ღღ,2018年底宣布量产联发科28nm芯片的华虹旗下的华力微电子也开始加入竞争行列ღღ。
虽然高端市场会被 7nmღღ、10nm以及14nm/16nm工艺占据ღღ,但40nmღღ、28nm等并不会退出ღღ。如28nm~16nm工艺现在仍然是台积电营收的重要组成部分ღღ,特别是在中国大陆建设的代工厂ღღ,就是以16nm为主ღღ。中芯国际则在持续提高28nm良率ღღ。
14nm制程主要用于中高端AP/SoCღღ、GPUღღ、矿机ASICFPGAღღ、汽车半导体等制造ღღ。对于各厂商而言ღღ,该制程也是收入的主要来源ღღ,特别是英特尔ღღ,14nm是其目前的主要制程工艺ღღ,以该公司的体量而言ღღ,其带来的收入可想而知ღღ。而对于中国大陆本土的晶圆代工厂来说ღღ,特别是中芯国际和华虹ღღ,正在开发14nm制程技术ღღ,距离量产时间也不远了ღღ。
目前来看ღღ,具有或即将具有14nm制程产能的厂商主要有7家祭亡灵杀手ღღ,分别是ღღ:英特尔ღღ、台积电ღღ、三星ღღ、格芯ღღ、联电ღღ、中芯国际和华虹ღღ。
同为14nm制程ღღ,由于英特尔严格追求摩尔定律ღღ,因此其制程的水平和严谨度是最高的ღღ,就目前已发布的技术来看ღღ,英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级ღღ。
然而ღღ,英特尔公司自己的14nm产能已经满载ღღ,因此ღღ,该公司投入15亿美元祭亡灵杀手ღღ,用于扩大14nm产能ღღ,预计可在今年第3季度增加产出ღღ。其14nm制程芯片主要在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂生产ღღ,海外14nm晶圆厂是位于爱尔兰的Fab 24ღღ,目前还在升级14nm工艺ღღ。
三星方面ღღ,该公司于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程ღღ,先后为苹果和高通代工过高端ღღ。目前来看ღღ,其14nm产能市场占有率仅次于英特尔和台积电ღღ。
台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程凯发k8一触即发ღღ。与三星和英特尔相比ღღ,尽管它们的节点命名有所不同ღღ,三星和英特尔是14nmღღ,台积电是16nmღღ,但在实际制程工艺水平上处于同一世代ღღ。
格芯制定了两条工艺路线图ღღ:一是FinFETღღ,这方面ღღ,该公司有14LPP和新的12LPP(14LPP到7LP的过渡版本)ღღ;二是FD-SOIღღ,格芯目前在产的是22FDXღღ,当客户需要时ღღ,还会发布12FDXღღ。
联电方面祭亡灵杀手凯发k8一触即发ღღ,其14nm制程占比只有3%左右ღღ,并不是其主力产线ღღ。这与该公司的发展策略直接相关ღღ,联电重点发展特殊工艺ღღ,无论是8吋厂ღღ,还是12吋厂ღღ,该公司会聚焦在各种新的特殊工艺发展上ღღ。
中芯国际方面ღღ,其14nm FinFET已进入客户试验阶段ღღ,2019年第二季在上海工厂投入新设备ღღ,规划下半年进入量产阶段ღღ,未来ღღ,其首个14nm制程客户很可能是手机芯片厂商ღღ。据悉ღღ,2019年集成电路ღღ。ღღ,中芯国际的资本支出由2018年的18亿美元提升到了22亿美元ღღ。
华力微电子方面ღღ,在年初的SEMICON China 2019先进制造论坛上ღღ,该公司研发副总裁邵华发表演讲时表示ღღ,华力微电子今年年底将量产28nm HKC+工艺ღღ,2020年底将量产14nm FinFET工艺ღღ。
从目前的晶圆代工市场来看ღღ,具备12nm制程技术能力的厂商很少ღღ,主要有台积电ღღ、格芯ღღ、三星和联电ღღ。联电于2018年宣布停止12nm及更先进制程工艺的研发ღღ。因此ღღ,目前来看ღღ,全球晶圆代工市场ღღ,12nm的主要玩家就是台积电ღღ、格芯和三星这三家ღღ。
台积电的16nm制程经历了16nm FinFETღღ、16FF+和16FFC三代ღღ,之后进入了第四代16nm制程技术ღღ,此时ღღ,台积电改变策略ღღ,推出了改版制程ღღ,也就是12nm技术ღღ,用以吸引更多客户订单ღღ,从而提升12吋晶圆厂的产能利用率ღღ。因此ღღ,台积电的12nm制程就是其第四代16nm技术ღღ。
格芯于2018年宣布退出10nm及更先进制程的研发ღღ,这样ღღ,该公司的最先进制程就是12nm了ღღ。该公司是分两条腿走路的ღღ,即FinFET和FD-SOI祭亡灵杀手ღღ,这也充分体现在了12nm制程上ღღ,在FinFET方面ღღ,该公司有12LP技术ღღ,而在FD-SOI方面ღღ,有12FDXღღ。12LP主要针对人工智能ღღ、虚拟现实ღღ、智能手机网络基础设施等应用ღღ,利用了格芯在纽约萨拉托加县Fab 8的专业技术ღღ,该工厂自2016年初以来ღღ,一直在大规模量产格芯的14nm FinFET产品ღღ。
由于许多连接设备既需要高度集成ღღ,又要求具有更灵活的性能和功耗ღღ,而这是FinFET难以实现的ღღ,12FDX则提供了一种替代路径ღღ,可以实现比FinFET产品功耗更低ღღ、成本更低ღღ、射频集成更优ღღ。
三星方面ღღ,其晶圆代工路线nm LPPღღ。不过ღღ,三星的11 LPP和格芯的12nm LP其实是“师出同门”ღღ,都是对三星14nm改良的产物ღღ,晶体管密度变化不大ღღ,效能则有所增加ღღ。因此ღღ,格芯的12nm LP与三星的12nm制程有非常多的共同之处ღღ,这可能也是AMD找三星代工12nm产品的原因之一ღღ。
中芯国际方面ღღ,不仅14nm FinFET制程已进入客户风险量产阶段ღღ,而且在2019年第一季度ღღ,其12nm制程工艺开发进入客户导入阶段ღღ,第二代FinFET N+1研发取得突破ღღ,进度超过预期ღღ,同时ღღ,上海中芯南方FinFET工厂顺利建造完成ღღ,进入产能布建阶段ღღ。这意味着用不了多久ღღ,一个新的12nm制程玩家将杀入战团ღღ。
总的来说ღღ,台积电还是领先的ღღ,其典型产品就是2017年为苹果代工的A11处理器ღღ。而三星也紧跟步伐ღღ,在10nm这个点ღღ,双方的进度相差不大ღღ,但总体水平ღღ,台积电仍然略胜一筹ღღ。
今年ღღ,英特尔的老对手AMD打起了翻身仗ღღ,凭借台积电代工的7nm锐龙3000系列处理器ღღ,让AMD在CPU处理器的制程工艺上首次超越了英特尔ღღ。
而目前ღღ,英特尔的主流制程是14nmღღ,不过ღღ,前不久传来消息ღღ,经过多年的攻关ღღ,该公司终于解决了10nm工艺的技术难题ღღ,已经开始量产凯发k8一触即发ღღ。
不过ღღ,英特尔对制程节点的严谨追求是很值得称道的ღღ,从具体的性能指标ღღ,特别是PPA和晶体管密度来看ღღ,英特尔的10nm比台积电的10nm有优势ღღ。
在7nmღღ,目前只有台积电和三星两家了ღღ,而且三星的量产时间相对于台积电明显滞后ღღ,这让三星不得不越过7nmღღ,直接上7nm EUVღღ,这使得像苹果ღღ、华为ღღ、AMDღღ、英伟达这样的7nm制程大客户订单ღღ,几乎都被台积电抢走了ღღ。在这种先发优势下ღღ,台积电的7nm产能已经有些应接不暇ღღ。而在7nm EUV量产方面ღღ,台积电也领先了一步ღღ,代工的华为麒麟990已经商用ღღ,三星7nm EUV代工的高通新一代处理器也在生产当中ღღ,估计很快就会面市了ღღ。
英特尔方面ღღ,在10nm之后ღღ,该公司称会在2021年推出7nm工艺ღღ,据悉ღღ,其7nm工艺已经走上正轨ღღ,功耗及性能看起来都非常好ღღ,根据之前的消息ღღ,7nm工艺会在2021年的数据中心GPU上首发ღღ。
台积电在2018年1月就开始兴建5nm晶圆厂了ღღ;除了钱ღღ、晶圆厂ღღ、光刻机之外ღღ,5nm的刻蚀机ღღ、EDA工具ღღ、客户等也已经陆续就位ღღ:
芯片的制造过程可以简化成用光刻机“雕刻”图案ღღ,用刻蚀机吹走/洗走多余的材料ღღ。相对于光刻机ღღ,刻蚀机的研发难度要小一些ღღ,但刻蚀机也是除光刻机以外最关键的设备ღღ。目前一台刻蚀机单价在200万美元左右ღღ,一个晶圆厂需要40-50台刻蚀机ღღ。
国外刻蚀机设备厂商主要有应用材料(Applied Materials)ღღ、科林研发(LAM) ღღ、东京威力科创(TEL)ღღ、日立先端(Hitach)ღღ、牛津仪器等ღღ;国内玩家则有中微半导体ღღ、北方微电子ღღ、金盛微纳科技ღღ,我们跟国外的差距没有光刻机那么大ღღ。
2018年12月ღღ,中微半导体的5nm等离子体刻蚀机也宣布通过台积电验证ღღ,将用于全球首条5nm制程生产线nm时代ღღ,中微半导体的刻蚀机也进入了台积电的7nm产线nm
工具已就位ღღ;目前ღღ,全球几大EDA巨头都已经陆续推出了5nm芯片设计工具ღღ,比如在2018年10月ღღ,新思
宣布其数字和定制设计平台通过了台积电的5nm EUV工艺技术认证ღღ。而另一EDA巨头华登国际创始人兼
CEO陈立武曾经告诉智东西ღღ,目前Cadence已经和很多合作伙伴开始了7nmღღ、5nmღღ、甚至3nm芯片工艺制程的研究ღღ。比如今年年初ღღ,比利时公司Imec与Cadence就成功流片了首款3nm测试芯片ღღ。陈立武说ღღ,现在5nm市场是最活跃的ღღ,有很多非常积极的公司正在安排5nm相关EDA软件与设计ღღ、IP的协同ღღ。
芯片与数据中心在再次之ღღ,所以最先用上先进的工艺的往往是专用芯片而非通用芯片ღღ,比如台积电7nm的头批客户只包含了比特币与手机芯片玩家ღღ。而根据华为
平台与关键技术开发部部长夏禹此前给出的芯片工艺路线nm芯片研发进程ღღ,预计5nm芯片问世的时间点在2020年ღღ。在7nm时代ღღ,华为和台积电合作研发了3年ღღ,耗资3亿美元ღღ,才终于在2018年拿出7nm芯片设计ღღ。
工艺越先进ღღ,需要投入的也成本越高ღღ,这个道理在芯片代工厂跟芯片设计商同理ღღ,5nm的设计总成本(人工与许可费)是7nm的1.5倍左右ღღ。
而根据台积电数据ღღ,基于5nm工艺生产的A72芯片k8凯发(中国)官方网站天生赢家·一触即发ღღ,ღღ,芯片面积缩小了1.8倍祭亡灵杀手ღღ,速度提升了14.7% -17.1%ღღ。
以上ღღ,就业界已经量产的主流先进制程工艺的发展情况ღღ,以及相关厂商的进展进行了阐述凯发k8一触即发ღღ。而更先进的5nmღღ、3nmღღ、2nm等还没有进入量产阶段ღღ,就不再详述了ღღ。这些制程节点已经鲜有玩家了ღღ,目前只有台积电和三星这两家ღღ,台积电称将于明年量产5nmღღ,而三星似乎要越过5nmღღ,直接上3nm,我们拭目以待
而言较为滞后ღღ,但却在汽车和工业机械等领域得到了广泛应用ღღ,成为经济安全保障中的重要战略资源ღღ。
产品占当期销售额的 15%ღღ,5 纳米产品占比达到了 35%ღღ,而 7 纳米产品则占据了 17%ღღ;整体上看ღღ,
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领域的掩模版是龙图光罩最主要的收入来源ღღ,且营收和营收占比呈现逐年递增的趋势ღღ。龙图光罩指出ღღ,在功率
掩模版国产化的先锋 /
之争ღღ:2nm战况激烈ღღ,1.8/1.4nm苗头显露 /
快速发展ღღ,每一代新技术都在减小集成电路(IC)上各层特征的间距和尺寸ღღ。晶圆上高密度的电路需要更高的精度以及高度脆弱的
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测试 /
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本文转自TechSugar 感谢TechSugar对新思科技的关注 虽然摩尔定律走到极限已成行业共识ღღ,但是在现代科技领域中ღღ,
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