中芯國(guó)際的先進(jìn)制程工藝再獲突破。
日前，一站式IP和定制芯片企業(yè)芯動(dòng)科技官方宣布，已完成了全球首個(gè)基于中芯國(guó)際FinFET N+1先進(jìn)工藝的芯片流片和測(cè)試，所有IP全自主國(guó)產(chǎn)，功能一次測(cè)試通過。
芯動(dòng)科技表示，自2019年始，芯動(dòng)科技在中芯國(guó)際N+1工藝尚待成熟的情況下，團(tuán)隊(duì)全程攻堅(jiān)克難，投入數(shù)千萬元設(shè)計(jì)優(yōu)化，率先完成NTO流片。基于N+1制程的首款芯片經(jīng)過數(shù)月多輪測(cè)試迭代，助力中芯國(guó)際突破N+1工藝良率瓶頸。
從0.18微米到N+1
作為中國(guó)大陸技術(shù)最先進(jìn)、規(guī)模最大的晶圓代工企業(yè)，中芯國(guó)際的制程工藝發(fā)展一直備受關(guān)注。歷經(jīng)20年，其制程工藝從0.18微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展至如今的N+1工藝。
2000年，中芯國(guó)際在上海浦東開工建設(shè)，2001年其上海8英寸生產(chǎn)基地建設(shè)完成；2002年，中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)0.18微米制程的全面技術(shù)認(rèn)證和量產(chǎn)；2003年，中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)0.35微米-0.13微米制程的技術(shù)認(rèn)證和量產(chǎn)，這標(biāo)志著其完成技術(shù)的初步積累；接著，中芯國(guó)際分別于2006年、2009年、2011年實(shí)現(xiàn)90納米、65/55納米、45/40納米制程的量產(chǎn)升級(jí)。
在2011年40納米量產(chǎn)之后，中芯國(guó)際繼續(xù)向28納米制程進(jìn)發(fā)。2015年，中芯國(guó)際28納米制程工藝正式量產(chǎn)，成為中國(guó)大陸第一家實(shí)現(xiàn)28納米量產(chǎn)的企業(yè)。隨后，中芯國(guó)際開始攻堅(jiān)14納米制程工藝。然而，隨著摩爾定律持續(xù)發(fā)展，資本投入大幅提升疊加技術(shù)難度增加，技術(shù)升級(jí)節(jié)奏放緩，中芯國(guó)際在14納米制程工藝研發(fā)上步履緩慢。
2017年10月，中芯國(guó)際延攬三星及臺(tái)積電前高管梁孟松來?yè)?dān)任聯(lián)席首席執(zhí)行官，以進(jìn)一步加速14納米制程工藝的研發(fā)進(jìn)程。2019年第四季度，中芯國(guó)際終于迎來了14納米制程工藝量產(chǎn)，這無論對(duì)中芯國(guó)際還是整個(gè)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)而言都是一個(gè)喜訊。
中芯國(guó)際關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)時(shí)間，圖片來源：中芯國(guó)際招股書
在14納米制程工藝量產(chǎn)的同時(shí)，中芯國(guó)際亦披露，其第二代FinFET N+1制程工藝已進(jìn)入了客戶導(dǎo)入階段。如今，中芯國(guó)際低調(diào)通過客戶芯動(dòng)科技官方新聞稿證實(shí)N+1制程工藝成功流片，算是其制程工藝的又一大突破，業(yè)界相信其正式量產(chǎn)指日可待。
N+1流片意味著什么？
據(jù)中芯國(guó)際招股書介紹，N+1第一次采用了SAQP形成fin，SADP形成dummy gate，以達(dá)到更小pitch的需求。相比于前代技術(shù)，單位面積的晶體管密度大幅提升，同時(shí)提供不同的Vt選擇，滿足不同市場(chǎng)應(yīng)用的需求。
此前，梁孟松亦曾在財(cái)報(bào)電話會(huì)議上披露，中芯國(guó)際N+1制程工藝與14納米制程工藝相比，性能提升20%、功耗降低57%、邏輯面積縮小63%、SoC面積減少55%。梁孟松還指出，在功率和穩(wěn)定性方面，N+1制程工藝和7納米制程工藝非常相似，區(qū)別在于性能及成本方面，N+1制程工藝的提升幅度為20%，市場(chǎng)基準(zhǔn)的性能提升幅度為35%。
那么，中芯國(guó)際N+1制程工藝流片意味著什么？市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢指出，在半導(dǎo)體晶圓代工領(lǐng)域中，流片僅是試生產(chǎn)，這次N+1制程工藝流片即芯動(dòng)科技設(shè)計(jì)完電路以后先委托中芯國(guó)際進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)（一般是數(shù)片到數(shù)十片），以供測(cè)試用，因此到可大量量產(chǎn)仍有一段努力空間。
成功流片后，目前依然得視生產(chǎn)此芯片時(shí)的各環(huán)節(jié)（薄膜沉積、蝕刻、光刻、清洗、研磨等）產(chǎn)線良率，若能逐步提升，就可接續(xù)進(jìn)行小量量產(chǎn)，以及觀察后續(xù)在其他N+1設(shè)計(jì)芯片上的生產(chǎn)良率。
一般而言，單一產(chǎn)品試產(chǎn)完會(huì)需要測(cè)試評(píng)估，再到小量量產(chǎn)通常需要2個(gè)季度，即2021年第二季度中芯國(guó)際有機(jī)會(huì)能小量量產(chǎn)此產(chǎn)品；而從小量量產(chǎn)到可大量量產(chǎn)就需視制程技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。
此前，中芯國(guó)際曾在投資者關(guān)系互動(dòng)平臺(tái)上披露，N+1制程工藝有望于2020年底小批量試產(chǎn)。若N+1制程工藝真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，TrendForce集邦咨詢表示，相信量產(chǎn)后會(huì)對(duì)中國(guó)大陸廣大的內(nèi)需有所幫助，之后吸引國(guó)際客戶下單。
與臺(tái)積電、三星的距離
縱觀全球先進(jìn)制程競(jìng)爭(zhēng)格局，聯(lián)電已宣布未來經(jīng)營(yíng)策略將著重在成熟制程，不再投資12納米以下的先進(jìn)制程，格芯亦于2018年宣布暫緩7納米制程工藝研發(fā)，并將資源轉(zhuǎn)而投入成熟制程服務(wù)上，如今仍在持續(xù)投資研發(fā)先進(jìn)制程的晶圓代工廠商僅剩下臺(tái)積電、三星、英特爾以及中芯國(guó)際。
雖然中芯國(guó)際N+1制程工藝距離量產(chǎn)仍需時(shí)間，但我們不妨先將其與臺(tái)積電、三星等廠商的先進(jìn)制程做一下對(duì)比。按照中芯國(guó)際的說法，N+1制程工藝和臺(tái)積電的7納米制程工藝非常相似，但卻也不是7納米制程工藝；亦有消息稱，N+1制程工藝可對(duì)標(biāo)臺(tái)積電8納米制程工藝，但臺(tái)積電并無正式量產(chǎn)8納米制程工藝。
因此，TrendForce集邦咨詢認(rèn)為，從現(xiàn)有對(duì)外量產(chǎn)的10納米制程工藝與7納米制程工藝來觀察，中芯國(guó)際的N+2制程工藝才有機(jī)會(huì)對(duì)應(yīng)到臺(tái)積電的7納米制程工藝，保守來看N+1制程工藝應(yīng)該只能對(duì)應(yīng)到臺(tái)積電的10納米制程工藝，與三星10納米制程工藝相近。
目前，全球最先進(jìn)的量產(chǎn)制程工藝已來到7納米至5納米，主要廠商為臺(tái)積電和三星，英特爾因著重晶體管密度設(shè)計(jì)及自家產(chǎn)品研發(fā)，宣布其7納米制程將遞延半年至2022年推出。
臺(tái)積電方面，7納米制程工藝已成為營(yíng)收主力。根據(jù)其最新發(fā)布的第三季度財(cái)報(bào)，臺(tái)積電7納米制程工藝營(yíng)收占比35%；此外，臺(tái)積電的5納米制程工藝已在今年第二季度規(guī)模量產(chǎn)Apple A14芯片，第三季財(cái)報(bào)顯示其5納米制程工藝已貢獻(xiàn)8%的營(yíng)收占比。
據(jù)悉，目前臺(tái)積電4納米制程工藝正在進(jìn)行試產(chǎn)。臺(tái)積電此前在第二季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示，4納米制程工藝是5納米制程工藝的延伸，將兼容5納米制程工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則，但相較5納米工藝更有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，計(jì)劃在2022年大規(guī)模量產(chǎn)。3納米制程工藝則預(yù)計(jì)將于2021年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)、2022年下半年量產(chǎn)。
三星方面，其在第二季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議上表示，5納米制程工藝已于今年第二季度量產(chǎn)，預(yù)計(jì)下半年開始拓展客戶并正式投入大量生產(chǎn)。據(jù)悉，三星5納米制程工藝自第三季度起將進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能。
由此可見，即便中芯國(guó)際的N+1制程工藝實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其與臺(tái)積電、三星依然存在明顯代差；此外，相較于臺(tái)積電先進(jìn)制程已成為營(yíng)收主力，中芯國(guó)際的主要收入來源仍為成熟制程，目前28納米及以下制程工藝收入占比仍非常小。
無論如何，N+1制程工藝成功流片都是中芯國(guó)際在先進(jìn)制程研發(fā)上取得的階段性突破，從去年14納米制程工藝量產(chǎn)到現(xiàn)在N+1制程工藝流片，可見其正在加速制程升級(jí)，業(yè)界期待N+1制程工藝早日實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。不過，在追趕國(guó)際先進(jìn)水平方面，中芯國(guó)際仍有很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路要走，正所謂道阻且長(zhǎng)，但我們相信行之將至。
封面圖片來源：SMIC
