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IC廠商紛紛衝刺7納米,第一陣營格局已定?
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去年年底,外媒稱7nm制程成本太高,僅蘋果、三星考慮在2018年採用7nm工藝。如今看來,IC廠商在7nm的佈局速度超出預期,有報告顯示,麒麟980將採用台積電7nm工藝,有望成為首批量產的7nm SoC。同時,三星提前半年利用EUV(極紫外光刻)設備完成了7nm 晶片工藝研發,高通的驍龍5G晶片將成為7nm LPP工藝的首批嘗鮮者。一線IC設計和晶圓代工廠商針對7nm的“卡位戰”蓄勢待發。
“目前7nm制程還缺乏統一的標準和定義,但基本可以確定台積電、三星、英特爾走在了第一陣營。”業內專家莫大康告訴《中國電子報》記者。
IC巨頭積極佈局7nm
據全球第二大晶圓代工廠格羅方德計算,7nm制程工藝可以讓晶片面積大幅減少,同等電晶體下,7nm晶片是14nm晶片的1/2.7,從而帶來晶片功耗的降低和計算頻率的提升。由於成本壓力,7nm不會出現“一哄而上”的局面,但一線IC廠商已先後宣佈7nm制程計畫。
高性能計算是先進工藝的追隨者。目前,FGPA陣營的賽靈思宣佈在自我調整計算加速平臺採用台積電7nm工藝,首款產品預計2018年流片,2019年交付市場,最新公佈的112G PAM4 收發器技術同樣採用台積電的7nm工藝。聯發科的ASIC產品線計畫在本月推出業界首款通過7nm FinFET矽驗證的56G PAM4 SerDes IP。
2017年正式推出AI晶片的比特大陸也將7nm納入制程版圖。記者向比特大陸求證得知,比特大陸已經擁有7nm設計經驗,計畫在第五代TPU晶片使用7nm工藝,預計2020年上市。同時,記者瞭解到,AMD將在下一代顯卡使用7nm工藝,英特爾的自動駕駛晶片EyeQ5也計畫使用7nm制程。
對於手機龍頭,7nm制程不失為推動尖端機型升級,卡位高階市場的手段。麒麟980、蘋果A12、驍龍855都有望使用7nm工藝,並裝備在華為、蘋果、高通下一代旗艦機型。手機中國聯盟秘書長王豔輝向記者指出,隨著制程越來越先進,成本會急劇攀升,投資規模越來越大,一線廠商的優勢會更加明顯。
制程的晉升意味著更低的功耗、更快的運算速度和更小的晶片尺寸,但IC設計或製造廠商不一定跟進每一個制程節點,例如格羅方德選擇計畫從14nm直接進入7nm,跳過10nm制程。目前來看,主要IC廠商都有7nm佈局計畫。芯謀研究總監王笑龍向記者指出,7nm是一線IC設計廠商不會繞開的節點。從技術來看,7nm在資料的處理和傳輸具有明顯優勢,尤其適用於高性能計算晶片;從市場來看,產品技術規格的不斷演進是避免價格戰的有效手段,廠商只有晉升規格才能保持價位。
但是,7nm的推進過程也面對不確定因素。
首先是7nm的標準。英特爾高層曾在“精尖製造日”表示,友商10nm制程技術的電晶體密度只相當於英特爾14nm制程電晶體密度,制程技術應該以實踐來度量。從側面反映IC廠商在先進制程的度量標準和命名上尚未取得共識。
某剛剛採用英特爾14nm技術的解決方案提供商告知記者,英特爾14nm工藝的線距都在14nm,最窄線距在10nm以內,而友商存在以最窄線距命名技術節點的情況,所以英特爾的14nm可以與“友商”的10nm對標。
其次,IC廠商會在7nm推出多款產品,還是僅僅作為向5nm的過渡,取決於該制程的性價比。王豔輝向記者指出,7nm或許會對10nm造成衝擊,但不一定會對14nm造成擠壓,因為14nm仍是性價比較好的制程。IC設計廠商會在7nm“停留”多久,關鍵在於廠商對良率、功耗、成本的把控能力。
台積電、三星、英特爾進入7nm第一陣營
去年年底,台積電共同CEO劉德音表示,7nm制程已有超過40個客戶。在今年年初的投資者大會上,台積電又透露出已經獲得超過50家客戶訂單的消息,涵蓋智慧手機、遊戲主機、處理器、AI應用、比特幣礦機等等。按照計畫,台積電已於去年第四季度進行7nm風險性試產,預計今年第二季度開始量產。
面對台積電在市場佔有的全面優勢,三星將希望寄託在EUV技術。EUV採用波長為10~14nm的極紫外光作為光源,可使曝光波長降到13.5nm,在二次圖片成形等技術中,曝光過程可能重複2~3次,但EUV技術可以一次完成,起到簡化工藝流程、縮短生產週期的作用,被視為在先進制程延續摩爾定律的關鍵。據韓媒報導,三星已經利用EUV設備完成對7nm工藝的研發,比原定計劃提前半年,為工藝改良和升級留有更加充足的時間。2月23日,三星動工建設新的EUV產線,預計2019年下半年完工,2020年投產。
三星是否能通過EUV實現對台積電的反超呢?莫大康向記者指出,EUV不僅是購入光刻機,還要走通一整條產業鏈,掩模版、檢測儀器都要做出變化,目前EUV技術還不成熟,存在光源功率不足等問題,三星採用EUV是一條冒險的路。而代工出身的台積電在工藝水準、協力廠商IP、後端工藝制程都是強者,加上台積電預計7nm的收入貢獻比例將達到10%,量產可能走在三星前面。
雖然在7nm沒有傳出太多動作,英特爾仍是三星、台積電不可忽視的對手。英特爾在精尖製造日公佈的資料顯示,其10nm工藝的鰭片間距、柵極間距、邏輯電晶體密度均優於友商。莫大康向記者指出,英特爾每年研發投入在一百億美金以上,在FinFet等關鍵工藝技術均走在前列,英特爾主要是IDM廠商,雖然有代工業務,卻不急於向外界通報進展,但從目前的工藝進程看,台積電、三星、英特爾已經走在第一陣營。
7nm不是先進制程的最終賽點,3-5nm制程已經進入台積電和三星的視野。台積電計畫從2020年開始量產5nm12寸晶圓,計畫生產5nm制程的晶圓十八廠第一期廠房已於今年年初在南部工業科學園區動工,預計2020年年初進入量產;二期、三期廠房預計在2020年、2021年分別進入量產。待2022年第一、二、三期廠房全部進入量產,年產能預估超過100萬片。同時台積電承諾,未來3nm廠房也將在南部科學園區建立。三星也在去年聯合IBM、格羅方德開發了可打造5nm晶片的制程。
但5nm技術還不成熟,近期 EUV技術爆出在5nm節點時出現隨機缺陷。業界專家向記者表示,5nm不僅是技術問題,也是經濟問題,如果5nm不具備性價比,即便一線廠商也僅會讓高端產品追隨先進制程的演進。
“推動工藝技術進步的關鍵是性價比,制程越到後面,性價比就越關鍵。”莫大康說。
 
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