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14nm、10nm、7nm工藝競爭白熱化

2015-07-14
關鍵詞: IBM 7nm 英特爾 臺積電

       最近,IBM公布了其在7nm制程上取得重大進展,而14nm工藝是英特爾直到2014年才推出的,10nm更是計劃2015年推出的,但是現在看來至少要推遲到2016年下半年或者2017年上半年。與14nm類似,英特爾在10nm跳票嚴重。

  14nm

   多年以來,在純邏輯制程方面,英特爾都可以理直氣壯地聲稱其工藝領先所有競爭對手。2007年英特爾在45nm節點導入HKMG工藝(High-K絕緣 層+金屬柵極),直到2010年左右,HKMG才在整個半導體業界普及。2011年英特爾在22nm節點引入FinFET工藝,直到2014年大部分競爭 對手才實現了FinFET工藝。從22nm推進到14nm,英特爾理應比其他廠商更順利一些,因為英特爾只需要縮小工藝尺寸,而其他廠商既要導入 FinFET工藝,又要縮減尺寸,但是英特爾在14nm上卻栽了大跟頭。英特爾在2007、2009和2011年分別進入45nm、32nm和22nm工 藝節點,14nm工藝按計劃應該在2013年推出,但是英特爾直到2014年才推出14nm工藝,比計劃晚了好幾個季度。

  三星則跳過了20nm,在2014年底直接進入14nm工藝,只比英特爾晚了一點點。三星最早的14nm工藝被稱為“14LPE”,在“14LPE”之后,三星將推出提升性能的“14LPP”工藝。三星也將14nm工藝授權給GlobalFoundries,從而使IC設計公司有更多的14nm工藝選擇。

  臺積電對抗14nm工藝的制程被其稱為“16FF”,這種16nm FinFET工藝在2014年末引入,2015年量產。2015年下半年臺積電還將量產一款提高性能的“16FF+”工藝。

   有兩點需要說明一下。英特爾公布的工藝導入日期是英特爾處理器導入新工藝的時間,而晶圓代工廠公布的工藝導入日期是系統級芯片(SoC)導入新工藝的時 間。由于系統級芯片比處理器要支持更多的設備,所以系統級芯片所采用的工藝一般比處理器更復雜。相同的工藝節點,英特爾的系統級芯片工藝導入時間一般比處 理器工藝導入時間晚一年。第二點,晶圓代工廠的14nm工藝指只縮減了前道工藝的尺寸,后道工藝還是20nm工藝的水平,英特爾的前道工藝與后道工藝都進 行了縮減,因此英特爾的工藝尺寸比其他晶圓廠都要小。

  顯然晶圓代工廠在14nm工藝的遷移比英特爾更順利,這種狀況對于這些晶圓代工廠意味著什么呢?

   28nm時臺積電是晶圓代工廠的領頭羊,蘋果因此把應用處理器的訂單從三星轉移到了臺積電。14nm/16nm節點上,蘋果的業務仍然是臺積電最大的收 入來源,但是蘋果把代工業務分給了三星和臺積電,而且三星的訂單更早一些。高通也把部分訂單從臺積電挪到三星。顯而易見,三星14nm的順利量產使得它從 臺積電那里搶了不少生意。

  14nm工藝推遲對于英特爾的影響難以判斷,英特爾僅有很少的代工業務,因此至少現在代工方面對于英特爾沒有 實質影響。英特爾最主要的業務是PC處理器,在這個市場和AMD歷經多年拼殺,終于憑借先進的工藝和制造優勢迫使AMD賣掉了晶圓廠。現在英特爾在PC處 理器市場近乎壟斷地位,從現在的市場來看,14nm工藝推遲對于英特爾的PC業務不會有實質性影響。工藝延緩或許對財務會造成不利影響,但是英特爾整個 2014年的毛利仍然很高,所以這方面的影響也可以忽略。

  10nm

  本來根據英特爾的計劃,10nm工藝應該在2015年推出,但是現在至少要推遲到2016年下半年或者2017年上半年。與14nm類似,英特爾在10nm跳票嚴重。

  三星已經展示了10nm的晶圓,并表示他們將在2017年量產10nm工藝。

  臺積電也在緊攻10nm工藝,宣稱將在2016年第二季度試產10nm工藝,并在2016年末正式開始量產。基本上這三家公司在10nm工藝進度上是前后腳的關系。

   三星和臺積電誰能夠在10nm工藝競賽中領先,誰就能夠得到更多蘋果的代工業務。現在三星和臺積電在10nm工藝開發上進展都非常好,不過 GlobalFoundries的10nm工藝進展則是一個謎,GlobalFoundries最近把IBM的半導體業務買了下來,通過IBM的資 源,GlobalFoundries現在開始開發自己的10nm工藝。

  英特爾的10nm工藝何時量產難以預測。英特爾剛剛收購了Altera,10nm工藝對于生產Altera的產品很重要。工藝推遲肯定會影響到英特爾的財務狀況,但是對于英特爾PC處理器的影響很難看清楚。

       7nm

  IBM最近公布了一顆7nm工藝測試芯片,這是IBM和 GlobalFoundries、三星和半導體設備商等一起合作的成果。這顆測試芯片被認為是現在唯一一顆可以工作的7nm芯片,公布出來的工藝細節包括 采用硅鍺(SiGe)FinFET通道、EUV(遠紫外光)以及30nm的間距。

  如果期望7nm工藝在2017/2018年量產,那么 現在完成7nm測試芯片正當其時。臺積電也許諾在2017年量產7nm工藝,這將使其史上第一次實現兩年導入兩個工藝節點。采用硅鍺通道與30nm間距都 在意料之中。EUV成功使用很重要,但是量產時還需要解決EUV工具、薄膜等問題。

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  由于現在臺積電和英特爾關于7nm的開發狀況守口如瓶,所以也難說IBM這次就真的跑在了前面。但是這個可以工作的7nm測試芯片對于半導體產業無疑是個好消息。未來幾年這幾家廠商在工藝上的競賽也值得關注。

  結論

  蘋果、高通、NVIIDA和Xilinx都有大量的代工業務,這些IC設計廠 商試圖在三星和臺積電之間找到平衡,自然希望這兩家的工藝能夠齊頭并進。三星和臺積電在制程大戰中與英特爾打得不可開交,甚至在系統級芯片(SoC)制程 上領先了英特爾。英特爾在工藝發展上碰到了很多麻煩,雖然現在還沒有給英特爾造成大的影響,但是如果未來幾年英特爾還不能擺脫困局,那么工藝問題定將長他 人志氣,滅自己威風。


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