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是说芯语49:3nm晶圆制造将至,三大半导体龙头火力全开

院士
2019-08-06 10:58:43    评分

先进制程现况:台积电、三星和英特尔的三雄之战


目前晶圆代工领域中,仍持续在先进制程技术领域推进的,可以说只剩台积电与三星了。

 

而英特尔虽然已经没有提供晶圆代工服务,但是其芯片制造技术与台积电、三星仍属同一梯队,且其制造的芯片在不少层面上与台积电、三星的客户形成竞争,因此仍应把英特尔算进先进制程的玩家之一。

 

以下笔者就从各家厂商的技术发展现况与未来布局来进行分析。虽然就服务项目而言,台积电和三星重叠较大,但在技术层次方面,台积电和英特尔还是比较接近,三星7nm之后的技术发展还是比较偏纸面,没有实际上的技术成就,而加上目前日韩掀起贸易战,未来的制程竞赛,三星更可能会逐渐被抛离。


抢先进入7nm的台积电,

下个目标是利用EUV削减成本,固守客户



进入7nm世代之后,台积电首先突破量产门槛,成功在2018年提供客户相关的代工制造与封装服务,而截至目前为止,三星与英特尔目前仍未正式量产7nm等级的产品。

 

台积电的7nm基于多重曝光技术,也就是使用DUV(深紫外光)机台,对晶圆进行4次的重复曝光,以求取晶体管的微小化,这是在EUV(极紫外光)机台因为技术研发瓶颈,在产能和良率难以突破之下,所以选择了成熟的DUV技术来达成。

 

但问题是,使用DUV加上多重曝光技术,虽然可以达到7nm的密度,但因为工序增加,成本也大幅提升,根据调研机构计算,台积电的7nm相较起10nm,在单一晶圆的制造成本上增加了至少18%,而如果以芯片成品来比较,同样晶体管规模的芯片以7nm,将会比10nm高出11.5%,过去通过制程的微缩,单一芯片的成本会明显下降,而这是在芯片制造的历史上,第一次芯片的成本会比旧制程高的状况。

 

为了解决高成本问题,避免被三星追上,台积电也正积极跨到EUV机台。当EUV机台成熟,作为目前营收主力的7nm制程成本就可以有效下降。当然,机台本身的成本支出其实还是非常高昂,毕竟单一EUV机台成本就需要上亿美元,这与使用旧有DUV机台的多重曝光版7nm相较之下,所需要分摊的设备成本就比较高。

 

但其来自两方面的成本下降效应,仍是对客户相对有利。首先就是工序的减少,采用EUV机台制造的7nm在工序方面比DUV版本7nm减少了至少3成以上,理论上生产效率较高。另一方面,采用EUV还可以进一步带来密度的提升,这是因为DUV加上浸润式曝光只能进行单向微缩,EUV才能进行双向,而根据台积电在股东会上给出的信息,采用EUV制程的7nm+将比DUV版增加至少17%的密度。

 

台积电也计划推出7nm的衍生版本6nm,6nm会分为计有7nm的升级版,以及采用EUV的升级版,既有的DUV升级版可以沿用既有7nm的芯片设计规则,有效降低成本,而EUV则是在提升密度的同时,又兼顾成本的下降。

 


三星欲直上EUV不成,抢客宣告失败


三星原本通过台积电叛将梁孟松的帮助,在14/16nm制程竞争中和台积电打得平分秋色,然而制程技术还是需要积累,并不是找了个神人就能够彻底翻天覆地。后续的10nm虽然仍抓住一定的客户,但因为良率和性能的落差,苹果已经彻底放弃和三星的合作,将全部的处理器代工订单都下在台积电。

 

而前进到7nm,三星也体认到,如果按照台积电的发展步骤一步一步前进,那么将永远难以和台积电对抗。也因此,三星选择放弃DUV版的7nm制程研发计画,直接投入EUV技术。

 

然而EUV机台最初非常不成熟,且三星放话能力要优于其实作能力,7nm原本喊2018年量产,但时程一改再改,目前最新版本的规划已经要到2020年底,而部份期待三星版7nm能够带来成本优势的潜在客户,也一个一个离三星而去。高通在7nm转投台积电,未来也没有机会在最先进制程使用三星的服务。而NVIDIA原本也有规划要使用三星的EUV版7nm,但即便能生产,三星给的良率实在很难看,这也让NVIDIA死了心,决定未来的安培架构GPU将会在台积电生产。

 

当然,三星仍持续宣称其制程技术有所突破,目前5nm制程的研发也已经完成,并要前进到3nm,但实际上恐怕还是不甚乐观。毕竟技术研发如果不顺利,就难以吸引客户,而如果没有客户,庞大的技术研发成本就难以回收,那不如就缩减规模,专心当IDM就好。

 

而三星目前也还有另一个负面影响因素,那就是制程需要的很多关键材料都在日本人手上,但日韩掀起贸易战,日本在相关材料上限制输出,长期下来会拖累三星发展半导体制造技术发展。

 


英特尔10nm今年完成量产,明年直上7nm


首先要说明的是,英特尔的制程节点定义向来与业界不大一样,在晶体管密度、闸极间距方面,一直以来都要超越台积电/三星一代以上。也因此,其10nm其实是和台积电的7nm对标,而7nm则接近台积电的5nm。

 

实际上,如果以纯粹密度而言,英特尔10nm的表现要优于台积电的7nm。



阅读原文:


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关键词: 3nm     晶圆    

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