華為、嘉楠相繼轉(zhuǎn)單，中芯國際14nm工藝如何助力國產(chǎn)替代？

本文原創(chuàng)！作者：章鷹 ，電子發(fā)燒友執(zhí)行副主編。

4月以來，中芯國際好消息不斷，業(yè)內(nèi)人士稱，中芯國際與嘉楠科技合作的14nm挖礦機(jī)芯片已經(jīng)完成測試，計劃在2020年第二季度量產(chǎn)出貨。此外，華為海思1月份給中芯國際下單，最近業(yè)內(nèi)傳出，華為旗下榮耀發(fā)表Play 4T系列手機(jī)，該產(chǎn)品搭載了中芯國際生產(chǎn)的麒麟710A處理器，投射出中芯國際14納米量產(chǎn)能力持續(xù)成長。

近日，海外媒體報道，三星3nm工藝量產(chǎn)時間可能已經(jīng)延期至2022年。三星原計劃2021年初量產(chǎn)3nm， 但受新冠肺炎疫情影響，三星預(yù)期時間可能已經(jīng)延期至2022年，業(yè)內(nèi)消息人士指出，這并非工藝制造上的延遲，而是因?yàn)镋UV光刻機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備在物流上的延遲所致。此外，全球代工龍頭企業(yè)臺積電也因?yàn)橐咔樵颍?a target="_blank">半導(dǎo)體裝備及安裝人員都無法按期完成，原計劃在6月份風(fēng)險試產(chǎn)的3nm FinFET工藝，試產(chǎn)時間將延期到10月份。

臺積電、三星等晶圓代工巨頭，晶圓代工制程迭代放緩，制程進(jìn)步時間明顯拉長，給中芯國際追趕提供了有利時機(jī)。還有，美國對中國持續(xù)發(fā)動科技戰(zhàn)，路透社3月底報道，美國特朗普政府高級官員同意對華為采取新措施，以限制華為芯片的全球供應(yīng)鏈，其中可能包括一些關(guān)鍵的產(chǎn)業(yè)鏈廠商。據(jù)悉，此次禁令主要是通過限制使用美國技術(shù)、零件的外國供應(yīng)商來實(shí)現(xiàn)，臺積電很有可能位列其中。

拓墣研究所最新發(fā)布2020年第一季度全球晶圓代工前十廠商的排名、營收和同比增長情況，顯示排名第四的中芯國際營收同比增長了26.8%。受惠于中國內(nèi)需市場在CIS、PMIC、指紋識別與嵌入式存儲器應(yīng)用等產(chǎn)品的需求，產(chǎn)能利用率接近滿載，營收喜人。

圖片來自拓墣研究所

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著美國對中國集成電路技術(shù)及專利加深封鎖，中國必須要加速國產(chǎn)替代。華為芯片設(shè)計能力出眾，中芯國際主業(yè)是芯片制造，兩家企業(yè)上下游合作有實(shí)力打造強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)鏈條。

中芯國際14nm工藝制程最新進(jìn)展

在當(dāng)前的全球半導(dǎo)體市場中，28nm已經(jīng)產(chǎn)能過剩，7nm制程只用于智能手機(jī)和部分PC等小范圍的尖端設(shè)備中，居于兩者之間的14nm制程才是真正的中堅(jiān)力量，承載著市場上絕大多數(shù)中高端芯片的制造。特別是在工業(yè)、汽車、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)，擁有龐大的市場空間。

臺積電在2018年率先實(shí)現(xiàn)7nm量產(chǎn)，讓臺積電的市場份額持續(xù)上漲，市場支配地位日益穩(wěn)固。但在事實(shí)上，臺積電的14/16nm制程依然是其營收的主要來源，目前約占總營收的25%，Intel早在2014年就實(shí)現(xiàn)了14nm的量產(chǎn)，比三星和臺積電都還要在早上一年，如今14nm的Intel處理器依然在桌面處理器市場中備受追捧。

圖片來自Digtimes

中芯國際聯(lián)合首席執(zhí)行長梁孟松此前表示，中芯國際的14nm制程在2020年產(chǎn)能持續(xù)升高，預(yù)計3月份產(chǎn)能4000片，7月為9000片，12月達(dá)到1.5萬片，中芯國際14nm產(chǎn)能提升將加速華為、嘉楠等中國公司芯片的國產(chǎn)化進(jìn)程。

以麒麟710A處理器為例，采用中芯國際的14納米FinFET工藝生產(chǎn)，上一代華為的麒麟710處理器是由臺積電生產(chǎn)。麒麟710處理器與麒麟710A處理器不同的地方，一是麒麟710主頻為2.2GHz，710A為降級版，主頻為2.0GHz，710是臺積電12納米工藝生產(chǎn)，710A則是中芯國際在2019年第4季度開始量產(chǎn)的14納米工藝生產(chǎn)。

在2月財報會議上，梁孟松表示中芯國際公司正在研究開發(fā)N+1、N+2工藝，與中芯國際現(xiàn)有的14nm工藝相比，N+1性能提高了20％，功耗降低了57％，邏輯面積可以減少63％，整個SOC（片上系統(tǒng)）面積可以減少了55％。中芯國際表示，就功率和穩(wěn)定性而言，N + 1可以與市場上的7nm工藝媲美。

“我們對N + 1的目標(biāo)是低成本應(yīng)用，相對于7納米，它可以將成本降低約10％。因此，這是一個非常特殊的應(yīng)用程序?！敝行緡H對媒體表示。

中芯國際在上海、北京、天津、深圳均擁有晶圓工廠，目前該公司可以提供最高的芯片工藝是14nm。

中芯國際14nm工藝量產(chǎn)三大意義

正威國際集團(tuán)半導(dǎo)體事業(yè)群總裁、艾新教育創(chuàng)始人謝志峰博士對電子發(fā)燒友記者表示，中芯國際14nm工藝已經(jīng)量產(chǎn)，國產(chǎn)替代意義重大。

筆者認(rèn)為，首先，從國家戰(zhàn)略切入，2019年第四季度中芯國際14nm量產(chǎn)成功，標(biāo)志以其為代表的中國半導(dǎo)體公司開啟屬于中國科技創(chuàng)新的大時代。

第二、在全球半導(dǎo)體代工市場中，14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、HPC、高性能ASIC、FPGA等制造環(huán)節(jié)，這些場景正符合人工智能及物聯(lián)網(wǎng)的核心應(yīng)用需求，承載中國產(chǎn)業(yè)革命的科技基石。中芯國際的14nm崛起，正打開這一龐大的市場需求。

第三、中芯國際14nm量產(chǎn)對產(chǎn)業(yè)鏈上下游帶來三大利好。首先，充分激發(fā)上游設(shè)備及材料端迎來國產(chǎn)替代加速，其次，下游終端應(yīng)用客戶比如華為，擁有芯片制造商的支持，有力于打破缺芯瓶頸，還有，中游封裝端將獲得來自上下游雙方的需求升級。

謝志峰博士也特別提醒，比較臺積電、三星等全球領(lǐng)先的晶圓代工企業(yè)，中國落后世界先進(jìn)水平2代（約5年）。中芯國際的技術(shù)更迭了多代，依舊與國際先進(jìn)水平相差很多。同時，在規(guī)模上，中芯國際比臺積電規(guī)模差10倍。從另外一方面，依賴中國市場對半導(dǎo)體芯片的龐大需求，中芯國際技術(shù)突破后，市場增長空間巨大。

中芯國際邁向新征程需要跨越兩重障礙

北京大學(xué)上海微電子研究院顏重光教授對電子發(fā)燒友記者表示，中芯國際晶圓代工制程與臺積電有2代差距。臺積電已有超細(xì)微制程與前道精細(xì)封裝技術(shù)！手機(jī)及5G需要的芯片已使用2.5D及3D的高密系統(tǒng)集成、高速、高頻、三維、超細(xì)節(jié)距互聯(lián)等新一代集成電路制造技術(shù)。

拓墣研究所的調(diào)研顯示，2019年，全球Top10代工廠商統(tǒng)計圖中，臺積電大比例領(lǐng)先，市場份額占比超過了50%。而第二名的三星也增長到了19%左右，第三的格芯只有9%左右，第四的聯(lián)電大約7%左右，中芯國際只有5%左右。我們可以明顯看到，全球晶圓代工市場正呈現(xiàn)出強(qiáng)者恒強(qiáng)的局面。

臺積電中國區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理陳平博士對媒體表示， 關(guān)于先進(jìn)工藝方向，有三個關(guān)鍵因素：第一、傳統(tǒng)的工藝萎縮，臺積電今年要推出5nm，在今后要推出3nm、2nm，我們會沿著摩爾定律的方向繼續(xù)前行。第二、3D異構(gòu)集成，用不同的工藝技術(shù)做成的芯片，通過先進(jìn)的封裝技術(shù)整合在一起。第三、軟硬件的共同優(yōu)化，包括設(shè)計與工藝的共同優(yōu)化，三軸一起發(fā)展，未來芯片工藝發(fā)展大有前景。以此為坐標(biāo)軸，中芯國際追趕臺積電，需要在后兩個部分要全力提升，還有一點(diǎn)無法繞過的是，中芯國際距離臺積電的產(chǎn)品性能尚有一些差距，在IP授權(quán)方面也存在很大的專利壁壘。

清華大學(xué)微納電子學(xué)系主任、微電子研究所所長魏少軍指出，中國芯片企業(yè)正在奮力追趕，中芯國際在2019年的研發(fā)支出約占銷售收入的22%，但總額僅為6.87億美元，與臺積電還有很大差距。臺積電通過高額的研發(fā)投入來獲得先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)產(chǎn)品，再通過產(chǎn)品的競爭力獲得更大的市場，臺積電上調(diào)2019年資本支出，從年初的100億上調(diào)到140-150億美元，砸下巨資建設(shè)高端制程和充足產(chǎn)能，來抓住5G時代的市場機(jī)遇。

臺積電在客戶規(guī)模和種類上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中芯國際。臺積電7納米制程的客戶遍布全球, 主要客戶有蘋果、華為海思、聯(lián)發(fā)科、高通、英偉達(dá)、超微、賽靈思、比特大陸等知名企業(yè)。2019年?duì)I收，三成來自7納米制程。臺積電毛利率常年維持在50%，而中芯國際的毛利率則是20% 左右，這其中先進(jìn)制程對毛利率的貢獻(xiàn)最大。獲利不高，也會影響公司在未來研發(fā)上的投入，增加了向高端芯片發(fā)展的難度。

中芯國際希望完全跳過10nm節(jié)點(diǎn)，直接過渡到7nm節(jié)點(diǎn)。據(jù)稱，海思在臺積電的客戶名單上是利用EUV節(jié)點(diǎn)的。如果未來，中芯國際可以實(shí)現(xiàn)7nm工藝的試產(chǎn)，將會帶來更廣泛的增長空間。中芯國際認(rèn)為，2020年，物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能消費(fèi)品、人工智能及汽車電子將驅(qū)動晶圓代工的增長，樂見積極的成長動能和強(qiáng)勁的訂單需求。

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