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中芯国际为何率先量产 28nm 的骁龙 410?

作者:   发表于:2020-06-15  分类:专利分类 
中芯国际为何率先量产 28nm 的骁龙 410?

中芯国际是中国最强的半导体代工企业,不过它在与台湾半导体代工厂和三星半导体製造厂的竞争中一直都处于不利的地位。2014 年在全球前五大半导体代工厂中,中芯国际和格罗方德(GLOBALFOUNDRIES)是两家营收下滑的企业,而台积电、联电和三星的营收都是同期相比上升的,其中一个原因正是中芯国际的製程技术远远落后于另外四家企业,28nm 製程量产拉近了与全球第二大代工厂联电的差距,对中芯国际无疑是强心剂。

为什幺是 28nm?

2013 年中芯国际就宣布开发 28nm 製程。28nm 製程有两个方向,一个是高介电常数金属闸极(HKMG),一个是低功耗型的传统氮氧化硅(Sion),前一个技术难度要高很多。

HKMG 技术是进入到 28nm 才开始引入的,使用这种技术可以能大幅减小栅极的漏电量,由于 high-k 绝缘层的等效氧化物厚度(equivalent oxide thickness;EOT)较薄,这样电晶体就能得到进一步的缩小,而电晶体的驱动能力也能得到有效的改善,因此 28nm HKMG 技术被视为半导体製造工艺的一种革命性进步。因为实现了 HKMG 技术,再向 20nm、16nm 演进就容易了。

注:在摩尔定律的指引下,积体电路的线宽不断缩小。按照规律,基本上是按每两年缩小至原尺寸 70% 的步伐前进。比如 2007 年达到 45nm,2009 年达到 32nm,2011 年达到 22nm。

而产业界在从 45 / 40nm 向下演进时,由于 32nm 製程的不成熟,而 28nm 引入 HKMG 实现了重要变革,中间跳过 32nm。因此 28nm 这个节点非常特殊。

中芯国际为何率先量产 28nm 的骁龙 410?

中芯国际在 28nm 製程上的快速进展得到了高通的帮助,去年中国发起了对高通的反垄断调查,为了换取中国减轻处罚高通当时做出了一系列的让步,其中之一正是与中芯国际合作研发 28nm 製程。目前中芯国际生产骁龙 410 正是採用 28nm HKMG 技术,这对中芯国际来说意义重大。

全球前五大半导体代工厂,现在都怎幺样了?

全球前五大半导体代工厂是台积电、联电、三星、格罗方德和中芯国际。

从技术上说台积电和三星无疑是第一集团,今年台积电的 16nmFF+ 工艺量产落后于三星 14nmFinFET,这让三星抢尽了风头。由于台积电的 16nmFF+ 量产时间延后,这迫使去年转单台积电的苹果不得不将前期的 A9 处理器交给三星半导体生产,以赶上今年 9 月份的新款 iPhone 上市(编按:根据先前取得的消息,iPad 使用的 A9X 应还是交由台积电代工生产)。

凭藉自家 14nmFinFET 工艺的领先优势,三星的 Exynos7420 处理器成为全球 Android 市场最强大的处理器,让採用这款处理器的 S6 Edge 大受欢迎,扭转了连续数季不断下滑的趋势,今年第二季其手机业务部门营业利润为 2.76 万亿韩圜(约合 23.69 亿美元),是过去几季最高的。

台积电虽然今年在工艺製程竞赛上落后三星,但是台积电的实力依然很强大。继 2014 年营收暴增 25% 之后,今年上半年的营收依然获得了 29.1% 的同期增长,原因就是三星半导体虽然技术先进,可是三星同时做手机、DRAM、CMOS、手机晶片等产品,这让 IC 设计企业担忧与它的同业竞争问题,而更愿意将订单交给台积电生产。苹果公司同样如此,在台积电量产 16nmFF+ 后有望获得至少三成的 A9 处理器订单。

格罗方德连续数年亏损后,曾传出要出售的消息,不过似乎持有格罗方德的阿联酉阿布达比先进技术投资公司(ATIC)并不甘心,先是向三星购买了 14nm 製程技术,研发了 22nm FD-SOI 技术,今年购併了 IBM 的微电子业务,似乎打算继续在这个领域深耕。不过考虑到本文主要是谈中芯国际,格罗方德目前与中芯国际直接竞争的关係不大,不在本文深谈。

中芯国际 2014 年营收 19.7 亿美元,营收不及位居全球代工厂第二的联电的 46.2 亿的一半,但是由于联电已经在中国拥有和舰科技,并正在厦门投资建设 12 英吋半导体工厂,都在争夺中国的客户,两家的製程技术差距较小,与台积电和三星的工艺差距太远,故将这两家当做直接的竞争对手来谈。

中芯国际为何率先量产 28nm 的骁龙 410? 中芯国际近四年营业收入。中芯量产 28nm 製程,为的是与联电竞争?

联电一直以来都是全球半导体代工厂第二。虽然 2012 年格罗方德通过购併等方式在营收上超过了联电,但是去年联电在量产 28nm 製程,28nm 是前两年台积电的天下。2014 年第三季为台积电提供了总营收的 34%,联电量产 28nm 赢得了部分客户推动营收增长 10.8%,是前五大代工厂中增长速度仅次于台积电的,并抢回了全球半导体代工厂第二的位置。

联电早已经看中中国市场,并在 2003 年就开始在中国市场布局。受制于当时台湾的管制,联电曲线在苏州投资了和舰科技,目前已经将它收入旗下。不过和舰科技是 8 英吋半导体工厂,技术不够先进,去年底获得台湾当局批准在厦门建设更先进的 12 英吋晶圆厂。

中国目前已经是全球最大的晶片採购市场,2014 年中国採购的晶片佔全球的过半占比,超过了进口石油花费的资金。中国去年成立 200 亿美元晶片产业基金,推动晶片产业的发展,中国也在兴起展讯、海思、联芯、瑞芯微等晶片企业,海思的网通处理器目前正在使用台积电的 16nm(这个製程去年量产,与今年即将量产的 16nmFF+ 不同,其应用于手机晶片的时候能效甚至还不如 20nm,所以台积电要开发 16nmFF+)工艺生产。

联电为了赢得在中国市场的竞争优势,在自研 14nm 製程,同时与高通合作研发 18nm 製程。由于台湾的管制,联电只能将落后一代的技术引入中国市场,要在这两种製程之一在台湾投产,才能将 28nm 製程引入中国厦门工厂,联电希望凭藉就近服务和先进製程的优势争取中国客户。

中芯国际此时量产 28nm 製程无疑其直接竞争对手就是联电,联电去年才量产 28nm ,双方的技术差距迅速缩小。在 40nm 上,联电于 2009 年就开始量产,而中芯国际到 2013 年才量产 40nm,对比之下可见中芯国际技术进步之快速。

中芯国际今年第一季的财报显示,其来自中国市场的营收佔比达到 47% 创下新高,可见中国市场正成为中芯国际的重要成长点。现在中芯国际的製程技术赶上联电,无疑可以有效减小联电争取今年底在厦门厂投产 28nm 製程带来的威胁,为去年营收负增长的中芯国际打下一剂强心剂。

高通已经答应将骁龙 410 放在中芯国际用 28nm 製程生产,其是台积电取得苹果的处理器订单之前的大客户,其将部分订单交给中芯国际也将推动中芯国际今年获得好业绩。