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IC厂商纷纷冲刺7纳米,第一阵营格局已定?

去年年底,外媒称7nm制程成本太高,仅苹果、三星考虑在2018年采用7nm工艺。如今看来,IC厂商在7nm的布局速度超出预期,Digitimes最新报告显示,麒麟980将采用台积电7nm工艺,有望成为首批量产的7nm SoC。同时,三星提前半年利用EUV(极紫外光刻)设备完成了7nm 芯片工艺研发,高通的骁龙5G芯片将成为7nm LPP工艺的首批尝鲜者。一线IC设计和晶圆代工厂商针对7nm的“卡位战”蓄势待发。

“目前7nm制程还缺乏统一的标准和定义,但基本可以确定台积电、三星、英特尔走在了第一阵营。”业内专家莫大康告诉《中国电子报》记者。

IC巨头积极布局7nm

据全球第二大晶圆代工厂格罗方德计算,7nm制程工艺可以让芯片面积大幅减少,同等晶体管下,7nm芯片是14nm芯片的1/2.7,从而带来芯片功耗的降低和计算频率的提升。由于成本压力,7nm不会出现“一哄而上”的局面,但一线IC厂商已先后宣布7nm制程计划。

高性能计算是先进工艺的追随者。目前,FGPA阵营的赛灵思宣布在自适应计算加速平台采用台积电7nm工艺,首款产品预计2018年流片,2019年交付市场,最新公布的112G PAM4 收发器技术同样采用台积电的7nm工艺。联发科的ASIC产品线计划在本月推出业界首款通过7nm FinFET硅验证的56G PAM4 SerDes IP。

2017年正式推出AI芯片的比特大陆也将7nm纳入制程版图。记者向比特大陆求证得知,比特大陆已经拥有7nm设计经验,计划在第五代TPU芯片使用7nm工艺,预计2020年面市。同时,记者了解到,AMD将在下一代显卡使用7nm工艺,英特尔的自动驾驶芯片EyeQ5也计划使用7nm制程。

对于手机龙头,7nm制程不失为推动尖端机型升级,卡位高阶市场的手段。麒麟980、苹果A12、骁龙855都有望使用7nm工艺,并装备在华为、苹果、高通下一代旗舰机型。手机中国联盟秘书长王艳辉向记者指出,随着制程越来越先进,成本会急剧攀升,投资规模越来越大,一线厂商的优势会更加明显。

制程的晋升意味着更低的功耗、更快的运算速度和更小的芯片尺寸,但IC设计或制造厂商不一定跟进每一个制程节点,例如格罗方德选择计划从14nm直接进入7nm,跳过10nm制程。目前来看,主要IC厂商都有7nm布局计划。芯谋研究总监王笑龙向记者指出,7nm是一线IC设计厂商不会绕开的节点。从技术来看,7nm在数据的处理和传输具有明显优势,尤其适用于高性能计算芯片;从市场来看,产品技术规格的不断演进是避免价格战的有效手段,厂商只有晋升规格才能保持价位。

但是,7nm的推进过程也面对不确定因素。

首先是7nm的标准。英特尔高层曾在“精尖制造日”表示,友商10nm制程技术的晶体管密度只相当于英特尔14nm制程晶体管密度,制程技术应该以实践来度量。从侧面反映IC厂商在先进制程的度量标准和命名上尚未取得共识。

某刚刚采用英特尔14nm技术的解决方案提供商告知记者,英特尔14nm工艺的线距都在14nm,最窄线距在10nm以内,而友商存在以最窄线距命名技术节点的情况,所以英特尔的14nm可以与“友商”的10nm对标。

其次,IC厂商会在7nm推出多款产品,还是仅仅作为向5nm的过渡,取决于该制程的性价比。王艳辉向记者指出,7nm或许会对10nm造成冲击,但不一定会对14nm造成挤压,因为14nm仍是性价比较好的制程。IC设计厂商会在7nm“停留”多久,关键在于厂商对良率、功耗、成本的把控能力。

台积电、三星、英特尔进入7nm第一阵营

去年年底,台积电共同CEO刘德音表示,7nm制程已有超过40个客户。在今年年初的投资者大会上,台积电又透露出已经获得超过50家客户订单的消息,涵盖智能手机、游戏主机、处理器、AI应用、比特币矿机等等。按照计划,台积电已于去年第四季度进行7nm风险性试产,预计今年第二季度开始量产。

面对台积电在市场占有的全面优势,三星将希望寄托在EUV技术。EUV采用波长为10~14nm的极紫外光作为光源,可使曝光波长降到13.5nm,在二次图片成形等技术中,曝光过程可能重复2~3次,但EUV技术可以一次完成,起到简化工艺流程、缩短生产周期的作用,被视为在先进制程延续摩尔定律的关键。据韩媒报道,三星已经利用EUV设备完成对7nm工艺的研发,比原定计划提前半年,为工艺改良和升级留有更加充足的时间。2月23日,三星动工建设新的EUV产线,预计2019年下半年完工,2020年投产。

三星是否能通过EUV实现对台积电的反超呢?莫大康向记者指出,EUV不仅是购入光刻机,还要走通一整条产业链,掩模版、检测仪器都要做出变化,目前EUV技术还不成熟,存在光源功率不足等问题,三星采用EUV是一条冒险的路。而代工出身的台积电在工艺水平、第三方IP、后端工艺制程都是强者,加上台积电预计7nm的收入贡献比例将达到10%%,量产可能走在三星前面。

虽然在7nm没有传出太多动作,英特尔仍是三星、台积电不可忽视的对手。英特尔在精尖制造日公布的数据显示,其10nm工艺的鳍片间距、栅极间距、逻辑晶体管密度均优于友商。莫大康向记者指出,英特尔每年研发投入在一百亿美金以上,在FinFet等关键工艺技术均走在前列,英特尔主要是IDM厂商,虽然有代工业务,却不急于向外界通报进展,但从目前的工艺进程看,台积电、三星、英特尔已经走在第一阵营。

7nm不是先进制程的最终赛点,3-5nm制程已经进入台积电和三星的视野。台积电计划从2020年开始量产5nm12寸晶圆,计划生产5nm制程的晶圆十八厂第一期厂房已于今年年初在南部工业科学园区动工,预计2020年年初进入量产;二期、三期厂房预计在2020年、2021年分别进入量产。待2022年第一、二、三期厂房全部进入量产,年产能预估超过100万片。同时台积电承诺,未来3nm厂房也将在南部科学园区建立。三星也在去年联合IBM、格罗方德开发了可打造5nm芯片的制程。

但5nm技术还不成熟,近期 EUV技术爆出在5nm节点时出现随机缺陷。业界专家向记者表示,5nm不仅是技术问题,也是经济问题,如果5nm不具备性价比,即便一线厂商也仅会让高端产品追随先进制程的演进。

“推动工艺技术进步的关键是性价比,制程越到后面,性价比就越关键。”莫大康说。

(《中国电子报》版权所有,转载请注明出处)

责任编辑:赵强


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