在半導體制造領域,10nm、7nm及更先進制程的競爭正在變得越來越不激烈,其主要原因自然是投入巨大、風險高,愿意進入的玩家越來越少,目前只剩下臺積電、三星和英特爾這三家了,這里顯然成為了賣方市場,從各大客戶為獲得足夠的臺積電7nm產能而爭破頭這一點就可見一斑。
先進產能競爭不激烈,而成熟的28nm制程則已經顯得有些過剩。此時,居于兩者中間位置的14nm制程顯然成為了當下的中堅力量,承載著市場上絕大多數中高端芯片的制造,特別是工業、汽車、物聯網等,擁有龐大的市場空間,14nm制程正當其時。
目前來看,14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、礦機ASIC、FPGA、汽車半導體等制造。對于各廠商而言,該制程也是收入的主要來源,特別是英特爾,14nm是其目前的主要制程工藝,以該公司的體量而言,其帶來的收入可想而知。而對于中國大陸本土的晶圓代工廠來說,特別是中芯國際和華虹,正在開發14nm制程技術,距離量產時間也不遠了。這樣,在兩三年后,隨著新產能的成熟,14nm制程的市場格局值得期待。
目前來看,具有或即將具有14nm制程產能的廠商主要有7家,分別是:英特爾、臺積電、三星、格羅方德、聯電、中芯國際和華虹。
下圖所示為6家廠商的各種制程工藝量產時間,其中綠色部分為14nm的。
圖源:西南證券
執著的英特爾與三星傳緋聞
自2015年正式推出14nm制程后,英特爾已經對其依賴了4年的時間,該制程也為這家半導體巨頭帶來了非??捎^的收入。從Skylake(14nm)、Kaby Lake(14nm+)、Coffee Lake(14nm++),到2018年推出的14nm+++,該公司一直在保持對14nm制程的更新。而英特爾原計劃在2016年推出10nm,但經歷了多次延遲,2019年才姍姍來遲,從這里也可以看出該公司對14nm制程的倚重程度。
同為14nm制程,由于英特爾嚴格追求摩爾定律,因此其制程的水平和嚴謹度是最高的,就目前已發布的技術來看,英特爾持續更新的14nm制程與臺積電的10nm大致同級。
這里還可就具體的參數指標,與三星和臺積電做個比較,英特爾于2014年發布了14nm制程,其節點每平方毫米有3750萬個晶體管,臺積電16nm制程(該公司沒有14nm制程,但其16nm與市場上的14nm同級)節點每平方毫米約有2900萬個晶體管,三星14nm節點每平方毫米約有3050萬個晶體管。此外,英特爾的14nm節點柵極長度為24nm,優于臺積電的33nm,也優于三星的30nm。英特爾14nm節點的鰭片高度為53nm,優于臺積電的44nm,以及三星的49nm。
今年5月,英特爾稱將于第3季度增加14nm制程產能,以解決CPU市場的缺貨問題。
然而,英特爾公司自己的14nm產能已經滿載,因此,該公司投入15億美元,用于擴大14nm產能,預計可在今年第3季度增加產出。其14nm制程芯片主要在美國亞利桑那州及俄勒岡的D1X晶圓廠生產,海外14nm晶圓廠是位于愛爾蘭的Fab 24,目前還在升級14nm工藝。
三星方面,該公司于2015年宣布正式量產14nm FinFET制程,先后為蘋果和高通代工過高端手機處理器。目前來看,其14nm產能市場占有率僅次于英特爾和臺積電。
前面提到,英特爾的14nm產能吃緊,已經難以滿足市場需求,在這樣的背景下,今天6月,有媒體報道稱,三星和英特爾正在就14nm Rocket Lake芯片的生產進行談判。
自2018年下半年以來,英特爾在升級和建立用于生產10nm芯片的新生產線方面投入了大量資金,但要想擴大規模還需要幾年時間。在此期間,英特爾必須提高其14nm芯片的產量。因此,傳聞它將一部分CPU轉由三星代工,希望能夠解決產能不足的問題。
由于存儲芯片市場疲軟,對三星的營收產生了很大影響,因此,三星的晶圓代工產能利用率下降,想尋找新客戶,高通和英特爾是其主要的爭取對象。
據報道,三星將于明年第四季度開始大規模生產英特爾的14nm Rocket Lake芯片,如果此言不虛的話,三星制造的首款CPU將于2021年上市。
不一樣的臺積電
臺積電于2015下半年量產16nm FinFET制程。與三星和英特爾相比,盡管它們的節點命名有所不同,三星和英特爾是14nm,臺積電是16nm,但在實際制程工藝水平上處于同一世代。
到2018年第二季度,臺積電的16nm和20nm制程對該公司的營收貢獻率為25%,主要產品分為兩大類:一是邏輯器件,包括中高端手機AP/SoC、基帶芯片、CPU、GPU、礦機ASIC,以及FPGA等;二是射頻芯片,包括高端手機的WIFI、藍牙、NFC芯片,5G毫米波芯片,以及汽車電子用芯片等。
例如,寒武紀的MLU100,以及比特大陸開發的AI張量計算芯片BM1680,均采用了臺積電的16nm工藝制造。
格羅方德與聯電14nm制程占比有限
2018年8月,格羅方德宣布放棄7nm LP制程研發,將更多資源投入到12nm和14nm制程。
據悉,格羅方德制定了兩條工藝路線圖:一是FinFET,這方面,該公司有14LPP和新的12LPP(14LPP到7LP的過渡版本);二是FD-SOI,格羅方德目前在產的是22FDX,當客戶需要時,還會發布12FDX。
因此,14nm是格羅方德最先進的主流制程工藝,位于美國紐約州馬耳他,這里除了14nm,還有28nm的,最大產能為6萬片晶圓/月,主要采用12英寸晶圓。主要用于代工高端處理器。目前來看,14nm產能占其總營收的比例較小。
聯電方面,該公司位于臺南的Fab 12A于2002年進入量產,目前已運用14nm制程為客戶代工產品。
然而,聯電的14nm制程占比只有3%左右,并不是其主力產線。這與該公司的發展策略直接相關,聯電重點發展特殊工藝,無論是8吋廠,還是12吋,該公司會聚焦在各種新的特殊工藝發展上,尤其是針對物聯網、5G和汽車電子這些在未來具有巨大市場和發展前景的應用領域,聯電的汽車電子業務,最近幾年的年增長率都超過了30%。包括RF、MEMS、LCD Driver IC、OLED Driver IC等領域。
14nm FinFET制程方面,聯電于2017年初開始量產,該公司還開發了第二套14nm平臺,但是,在繼續投資14nm制程方面,該公司持保守態度。
中國大陸14nm制程呼之欲出
相對于美、韓和臺灣地區,中國大陸在14nm制程方面是絕對的跟隨者,經過多年的研發努力,取得了一定的突破,距離量產時間也不遠了,有望于2020年實現,中芯國際將扮演主要的推動者,其次是華虹集團的華力微電子。
中芯國際方面,其14nm FinFET已進入客戶試驗階段,2019年第二季在上海工廠投入新設備,規劃下半年進入量產階段,未來,其首個14nm制程客戶很可能是手機芯片廠商。據悉,2019年,中芯國際的資本支出由2018年的18億美元提升到了22億美元。
2019年2月,中芯國際聯席首席執行官梁孟松指出:“我們努力建立先進工藝全方位的解決方案,特別專注在FinFET技術的基礎打造,平臺的開展,以及客戶關系的搭建。目前,中芯國際14nm技術進入客戶驗證階段,產品可靠度與良率已進一步提升。同時,12nm的工藝開發也取得突破?!?/p>
據悉,中芯國際14nm制程量產主要分三個階段:第一階段是成本>ASP,第二階段成本與 ASP相抵,第三階段成本<ASP。這三個階段需要控制產能逐步爬升,產品品類也需要慎重選擇。第一階段主要聚焦高端客戶、多媒體應用等,第二階段聚焦中低端移動應用,并且在 AI、礦機、區塊鏈等應用有所準備。第三階段為實現高 ASP,會發展射頻應用。
華力微電子方面,在年初的SEMICON China 2019先進制造論壇上,該公司研發副總裁邵華發表演講時表示,華力微電子今年年底將量產28nm HKC+工藝,2020年底將量產14nm FinFET工藝。
結語
目前來看,英特爾、三星和臺積電依然是14nm制程的主力軍,也是它們主要的營收來源,其次是格羅方德和聯電,但這兩家的14nm產能相對來說很有限,而且也不是它們的發展重點。因此,在這個有巨大營收規模的市場,前三大玩家都在積極發展10nm、7nm及更先進制程,第四和第五玩家的產能又很有限的情況下,給了我國本土晶圓代工廠商不錯的發展機遇,關鍵是要抓緊時間量產,并保證產能和良率。只要跟對了時間點,還是大有可為的。