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為什么是28nm?

2021-04-28
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: 28nm

  最近,關(guān)于28nm工藝的新聞頻頻見于報端。

  一方面,臺積電日前宣布,將斥資約800億元新臺幣,把在南京廠建置28納米制程,目標(biāo)在2023年中前達(dá)到4萬片月產(chǎn)能。除此之外,市場中也有消息傳出晶圓代工大廠聯(lián)電正與包括聯(lián)發(fā)科、聯(lián)詠、瑞昱等3大IC設(shè)計公司討論投資產(chǎn)能合作的情況,以進(jìn)一步滿足市場對28nm的需求。

  另一方面,有國內(nèi)某所謂大V對臺積電在國內(nèi)擴(kuò)產(chǎn)28nm大放厥詞。

  其實從2011年臺積電率先開始量產(chǎn)28nm至今,28nm制程已經(jīng)在市場中存在了十年。然而在過了十年后,28nm并沒有因新工藝的出現(xiàn)而黯然失色,反而出現(xiàn)了產(chǎn)能緊張的情況,引得各大晶圓代工廠紛紛有了擴(kuò)產(chǎn)的計劃。這種大規(guī)模擴(kuò)建成熟工藝的情況,在晶圓代工歷史上并不常見。28nm為什么能夠長盛不衰?

  曾經(jīng)被28nm改寫的半導(dǎo)體市場

  從先進(jìn)制程發(fā)展的歷史中看,28nm工藝本身就存在著一些傳奇色彩。

  從背景上看,28nm誕生于2008年那場金融危機(jī)之后。受到金融海嘯的影響,當(dāng)時很多半導(dǎo)體企業(yè)都受到了影響。于是,在這之后的幾年,包括AMD在內(nèi)的很多半導(dǎo)體企都選擇將制造業(yè)務(wù)剝離以降低運(yùn)營資金壓力,將更多的資源集中到相對投入到芯片設(shè)計當(dāng)中,希望通過保持研發(fā)投入來維持知識產(chǎn)權(quán)等無形資產(chǎn)來保持競爭力。

  此時,先進(jìn)制程也進(jìn)入到了新一代節(jié)點即28nm工藝的研發(fā)階段。這時候IDM廠商的退出為晶圓代工廠帶來了機(jī)會。

  從技術(shù)上看,28nm的下一代22nm節(jié)點處,業(yè)界開始引入了FinFet工藝。而28nm的上一代32nm處引入了第二代high-k值絕緣層/金屬柵極(HKMG)工藝。作為承上啟下的工藝,28nm的重要性不言而喻。

  傳奇的28nm,也在為傳奇加冕。

  28nm是臺積電命運(yùn)的轉(zhuǎn)折點,他們率先在在該節(jié)點上取得了成績。2009年市占率僅為45%的臺積電,在張忠謀回歸的帶領(lǐng)下開始全力沖刺當(dāng)時最前沿的28nm制程。兩年后,臺積電超越競爭對手,率先提供28nm制程的量產(chǎn)技術(shù)。

  據(jù)西南證券的調(diào)研報告顯示,當(dāng)時三星與格羅方德同時選擇了先閘極 (Gate-first)方案,而臺積電獨自選擇了后閘極(Gate-last)方案,這種選擇讓臺積電在技術(shù)上取得了突破。借以在28nm技術(shù)上的突破,臺積電將三星與格羅方德遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在身后。

  如果說,IDM廠商的轉(zhuǎn)型和臺積電本身在28nm身上的投入是地利和人和。那么,2012年智能手機(jī)以及平板電腦市場的飛速崛起則讓臺積電占盡了天時。據(jù)相關(guān)報道顯示,臺積電28nm制程在2011年投入量產(chǎn)后,營收占比只用了一年時間就從2%爬升到了22%。28nm為臺積電奠定的基礎(chǔ),臺積電在晶圓代工市場的市占率也從2009年的45%提高到了52%以上。

  至此以后,臺積電一飛沖天。

  28nm所鑄就的傳奇不僅僅只有臺積電一個。采用臺積電28nm的芯片設(shè)計廠商也得到了很大的市場回報。這其中就包括AMD、高通、英偉達(dá)等企業(yè),有報道稱,AMD的圖形IP借用臺積電的28nm技術(shù)實現(xiàn)了圖形性能的下一個重大飛躍,英偉達(dá)提供出市場上最節(jié)能的GPU和最高性能的圖形處理器。

  十年前,28nm工藝改變了半導(dǎo)體市場。十年后,28nm工藝仍在續(xù)寫傳奇。

  28nm的火是如何燒到今天的

  作為一種承上啟下的技術(shù),28nm具有很大的發(fā)展?jié)摿蜕婵臻g。

  在過去十年當(dāng)中,28nm技術(shù)仍在不斷發(fā)展。其中,HKMG被認(rèn)為是28nm量產(chǎn)致勝關(guān)鍵所在。于是,在各大晶圓代工廠紛紛量產(chǎn)28nm制程后,他們又步入了28nm HKMG階段——臺積電于2012年攻克了28nm HKMG制程,三星于2013年導(dǎo)入了 28nm HKMG;GF和聯(lián)電也在2013年左右推出了相關(guān)技術(shù)。近些年,GF和三星也推出了28nm FD SOI,這也為28nm工藝的繼續(xù)發(fā)展提供了動力。

  從市場對28nm的需求上看,28nm受惠于早期手機(jī)、平板的紅利,正在由汽車以及物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域接管。根據(jù)Omdia發(fā)布的調(diào)研報告顯示,2017年之后,28nm工藝雖然在手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用有所下降,但在其他多個領(lǐng)域的應(yīng)用迅速增加,如OTT盒子和智能電視等應(yīng)用領(lǐng)域市場的增長速度較快。在全球的產(chǎn)能分布如下圖,巨大的產(chǎn)量儲備,也是為了未來更多新興應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展做儲備。

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 ?。ˋdvanced technology capacity, 28 nanometer and below (includes 32-nanometer) 來源:Omdia)

  28nm在新興領(lǐng)域的應(yīng)用則可以從臺積電和聯(lián)電擴(kuò)產(chǎn)28nm的理由中便可看出——臺積電表示,南京廠擴(kuò)產(chǎn)并投28nm成熟制程,主要因應(yīng)目前全球從車用芯片擴(kuò)及其他包括遠(yuǎn)距應(yīng)用所需的芯片短缺,所進(jìn)行的擴(kuò)充需求。聯(lián)電方便則有消息指出,在當(dāng)前電源管理芯片、顯示驅(qū)動芯片、車用電子芯片等產(chǎn)品市場供應(yīng)吃緊,交貨期持續(xù)拉長的情況下,顯示出這些主力以28 納米成熟制程生產(chǎn)的產(chǎn)能嚴(yán)重不足。因此,擴(kuò)產(chǎn)28 納米產(chǎn)能成為當(dāng)前個晶圓廠的重要規(guī)劃之一。

  據(jù)MoneyDJ援引半導(dǎo)體業(yè)者分析稱,以終端產(chǎn)品來看,成熟制程的需求量還是相當(dāng)大,像是冰箱、電視、音響等各種家電及消費(fèi)性電子產(chǎn)品,未來只會越來越智能化;加上萬物聯(lián)網(wǎng)趨勢,需要更多的IC,但不必用到7nm、5nm生產(chǎn),用28nm制程即可滿足大部分的需求。

  這樣,在技術(shù)和市場的雙重驅(qū)動下,28nm工藝作為一代極具性價比的制程,從2011年一路火到了2021年。時至今日,28nm工藝仍在各大晶圓代工廠中占據(jù)著重要的地位。

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 ?。〝?shù)據(jù)來源:TSMC官網(wǎng)整理)

  國內(nèi)28nm發(fā)展情況

  從臺積電28nm所貢獻(xiàn)的營收上看,在其向更為先進(jìn)的制程發(fā)展當(dāng)中,28nm為他們帶來的營收也有所下降。據(jù)Digitimes去年的報道,供應(yīng)鏈透漏,臺積電28nm的產(chǎn)能利用率始終沒有達(dá)到預(yù)期,不過第4季將滿載。

  在臺積電的28nm產(chǎn)能變化的情況當(dāng)中,為我們透露出了幾個信號,一是越來越多的晶圓代工廠攻克了28nm技術(shù),后來的玩家也搶占了一部分市場。二是市場對28nm的需求再次回升。

  而這對于中國大陸來說也是一個搶占28nm市場的好時機(jī)。

  從國內(nèi)方面來看,28nm作為一個關(guān)鍵節(jié)點,國內(nèi)晶圓代工廠也有了一定的量產(chǎn)能力。從公開消息顯示,中芯國際在2015年開始進(jìn)行28nm制程量產(chǎn),并于2018年宣布完成28nm HKMG的研發(fā)。這也是中國大陸首個能夠量產(chǎn)28nm工藝的企業(yè)。

  2018年年底,華虹集團(tuán)旗下的12英寸晶圓代工廠上海華力與聯(lián)發(fā)科共同宣布:基于上海華力28nm低功耗工藝平臺的一顆無線通訊數(shù)據(jù)處理芯片成功進(jìn)入量產(chǎn)階段。至此,除了中芯國際之外,又有一家大陸晶圓代工廠具備了28nm制程的量產(chǎn)能力。

  面對晶圓代工在28nm上的擴(kuò)產(chǎn)布局,中國大陸晶圓代工企業(yè)也做出了相應(yīng)的規(guī)劃。根據(jù)中芯國際在今年3月發(fā)布的公告稱,將和深圳政府?dāng)M以建議出資的方式,經(jīng)由中芯國際集成電路制造(深圳)有限公司(下稱 “中芯深圳”)進(jìn)行項目發(fā)展和營運(yùn),重點生產(chǎn) 28 納米及以上的集成電路并提供技術(shù)服務(wù),旨在實現(xiàn)最終每月約4萬片12吋晶圓的產(chǎn)能。預(yù)期將于 2022 年開始生產(chǎn)。

  但從規(guī)模上看,國內(nèi)致力于28nm工藝的廠商們與行業(yè)龍頭相比,仍存在著很大的差距。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析,根據(jù)中芯國際的營收和28nm wafer asp粗略計算,國產(chǎn)28nm全部月產(chǎn)能大概在一萬片左右,且其工藝平臺以及IP庫也有待完善。另外,由于公司28nm制程相關(guān)的產(chǎn)線仍面臨較高的折舊壓力,因此,其28nm在毛利方面的表現(xiàn)也與臺積電等晶圓大廠具有一定的差距。

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  (來源:中芯國際財報數(shù)據(jù)整理,圖為2015年-2019年間數(shù)據(jù))

  相比之下,28nm作為臺積電公司發(fā)展史上最賺錢、稱霸最久的一個制程世代。其在28nm節(jié)點上的全球市場占比曾一度超過50%的,并擁有多個面向不同產(chǎn)品不同需求的工藝平臺,而這為臺積電在成本和產(chǎn)能上都帶來了巨大的優(yōu)勢。而臺積電本輪選擇在南京達(dá)成4萬片28nm的擴(kuò)產(chǎn)計劃,無疑將對中芯國際造成一定的壓力。

  但從積極的一方面上看,雖然與晶圓代工龍頭之間還存在著差距,中芯國際仍有一定的發(fā)展機(jī)遇。從去年中芯國際發(fā)布的招股書中顯示,從行業(yè)發(fā)展規(guī)律來看,通常設(shè)備實際使用期長達(dá)十至二十年,在折舊期結(jié)束后仍能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。晶圓代工企業(yè)首先通常隨著產(chǎn)線的逐步達(dá)產(chǎn),毛利率會逐漸有較大的改善;當(dāng)設(shè)備結(jié)束折舊期后,產(chǎn)線的盈利水平將實現(xiàn)極大程度的提高。

  而從今年市場對28nm的需求以及中芯國際前不久在發(fā)布的登陸科創(chuàng)板以來的首份年報成績來看,在國產(chǎn)化的需求下,中芯國際28nm或許能夠在未來的市場需求中獲得一定的成長。

  另外,從國內(nèi)28nm產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展上看,有相關(guān)報道稱,絕大多數(shù)設(shè)備和材料在28nm這個節(jié)點上基本已不存在技術(shù)問題,瓶頸主要在于光刻機(jī)和光刻膠,而后者也有望在1-2年內(nèi)做到28nm產(chǎn)線的落地。這也就意味著,國內(nèi)28nm產(chǎn)業(yè)鏈將在2年內(nèi)有望成熟。尤其是在貿(mào)易環(huán)境多變的情況下,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的完善,或許能夠助力中芯國際28nm得到更好的發(fā)展。

  結(jié)語

  可以預(yù)見的是,在這輪市場的新需求下,晶圓代工廠商們將在成熟工藝當(dāng)中展開新一輪的較量。

  除了臺積電外,聯(lián)電、GF等企業(yè)也在過去的十年當(dāng)中不斷完善其28nm產(chǎn)品,并衍生出來多種特色工藝,在這種情況下。致力于成熟工藝的晶圓代工玩家們是否能借以這一波機(jī)會得到得到新的成長。中國大陸晶圓代工廠又能在這輪市場行情當(dāng)中吃下多少紅利。

  28nm又是否有可能在未來十年再造奇跡呢?

  

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