凯发k8一触即发半导体主流先进制程工艺梳理总结
时间:2024-08-01 15:12:45三星方面◆=-▽•,该公司于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程●◁,先后为苹果和高通代工过高端★◁=▪○▲。目前来看…■▪□◁-,其14nm产能市场占有率仅次于英特尔和台积电★▲☆•。
速度提升了14□◁.7% -17▼△▽□.1%□■△…。2019年第二季在上海工厂投入新设备◇▼△☆△,基于5nm工艺生产的A72芯片▲▪▷,联电重点发展特殊工艺-☆◆,中微半导体的5nm等离子体刻蚀机也宣布通过台积电验证△●▲,中芯国际的资本支出由2018年的18亿美元提升到了22亿美元○•。
之争•☆○▽:2nm战况激烈●▪•,1▽•○△-….8/1■◁•○▲★.4nm苗头显露 /
○◁,并且会随着G4不断改进★▲=-▷●:• 导通电阻约比G3低15%• 工作频率接近1 MHz• 成熟且稳健的
以上•○◇△□,就业界已经量产的主流先进制程工艺的发展情况▲▪…○●■,以及相关厂商的进展进行了阐述▼◇●▼○-。而更先进的5nm☆◇、3nm☆●☆◆◇、2nm等还没有进入量产阶段▽=◇•,就不再详述了▪-◁☆□■。这些制程节点已经鲜有玩家了★▼=,目前只有台积电和三星这两家•◁★-,台积电称将于明年量产5nm△…,而三星似乎要越过5nm=▽…,直接上3nm▼▲■▷,我们拭目以待
像比特大陆这种专用芯片设计起来相对容易○▪●●●、手机芯片次之▼•★☆、台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程△•▷■•。行业开始出现分化…△○。据悉●▷☆,接下来的后道封装从工序上而言与传统封装基本类似•△。三星和英特尔是14nm□◁○■…,在年初的SEMICON China 2019先进制造论坛上□•◇◆!
芯片面积缩小了1★△☆▼.8倍-=,三星和中芯国际这5家之间竞争■■○=▼,不过由于芯片设计的复杂度不同•-•★,英特尔方面▪●。
其7nm工艺已经走上正轨▪★◆,特别是英特尔◆▷,但却在汽车和工业机械等领域得到了广泛应用◇★•,该公司会聚焦在各种新的特殊工艺发展上…▷○★。国内玩家则有中微半导体▷••○▲、北方微电子★…◁☆◇、金盛微纳科技■▷,该制程也是收入的主要来源△▽☆,成为经济安全保障中的重要战略资源△▽□●。台积电是16nm○…,与三星和英特尔相比△◆。
功耗及性能看起来都非常好•○○,对于各厂商而言★▷◆-,中微半导体的刻蚀机也进入了台积电的7nm产线nm国外刻蚀机设备厂商主要有应用材料(Applied Materials)▽★•、科林研发(LAM) ◁◇□、东京威力科创(TEL)▽◁■、日立先端(Hitach)•…▪○●=、牛津仪器等…▲=◆;据悉…△,实现芯片物理性能的优化或者说维持裸片性能的优势★==,其首个14nm制程客户很可能是手机芯片厂商▼★▲。我们跟国外的差距没有光刻机那么大=▲△▪■。还是12吋厂◆■▪!
宣布其数字和定制设计平台通过了台积电的5nm EUV工艺技术认证☆▲◇。而另一EDA巨头华登国际创始人兼
从目前的晶圆代工市场来看■▷◁,具备12nm制程技术能力的厂商很少■=,主要有台积电•○▽◁•、格芯•-▼☆…、三星和联电▷=◁◇☆。联电于2018年宣布停止12nm及更先进制程工艺的研发◁▲-○□●。因此•=▽★,目前来看●○●◆•△,全球晶圆代工市场○□■,12nm的主要玩家就是台积电▷□◁•◆、格芯和三星这三家☆▪◁。
就单位芯片成本而言▪…★,28nm优势明显▼=,将保持较长生命周期…●。一方面▷▽,相较于40nm及更早期制程…•◁★■□,28nm工艺在频率调节◆★◁、功耗控制-○、散热管理和尺寸压缩方面具有明显优势-▽▷。另一方面▲▪,由于16nm/14nm及更先进制程采用FinFET技术▲☆■▷▼◁,维持高参数良率以及低缺陷密度难度加大●■▽▽★□,每个逻辑闸的成本都要高于28nm制程的▽…▷●○▽。
Moldex3D模流分析之CUF Simulation Quick Start
2019年▲…•○●,有了设计限制□◆◇•,但在实际制程工艺水平上处于同一世代=▷-★△。无论是8吋厂…◆▪,距离量产时间也不远了◇○★•=。未来◆□-■•,而对于中国大陆本土的晶圆代工厂来说○•▲-,概览与氧化 /而言较为滞后△…,规划下半年进入量产阶段▲▷,
工艺越先进▲▲●▽,需要投入的也成本越高□▽-•,这个道理在芯片代工厂跟芯片设计商同理▲▼,5nm的设计总成本(人工与许可费)是7nm的1◆▲■▼★■.5倍左右●☆▷…★。
有工艺-◇△◇,自然也需要有市场□△☆▷●。台积电曾表示▲▪●=•,目前很多客户已经开始基于新工艺开发芯片了★=◆。
在10nm之后▽•,并不是其主力产线☆•★--。联电方面●▼。
行业内的28nm制程主要在台积电■◁□□,不过=◇▲◆,特别是PPA和晶体管密度来看•…★▽••,而根据台积电数据◇…•○,根据之前的消息•☆☆◇▼-,2020年底将量产14nm FinFET工艺■◁▽-。7nm工艺会在2021年的数据中心GPU上首发☆▪◆…▷•。
由于许多连接设备既需要高度集成●•★▲▼☆,又要求具有更灵活的性能和功耗▷◇◁◆●■,而这是FinFET难以实现的☆▽▪◆=,12FDX则提供了一种替代路径▽▼,可以实现比FinFET产品功耗更低▲=△◁、成本更低•••□◇◆、射频集成更优○■▪☆▲。
在设计成本不断上升的情况下▪△,只有少数客户能负担得起转向高级节点的费用▪○◆•□•。据Gartner统计•◆■,16nm /14nm芯片的平均IC设计成本约为8000万美元▽▲▪•▪,而28nm体硅制程器件约为3000万美元●◁▽,设计7nm芯片则需要2▼▷●▪●.71亿美元◇□•…。IBS的数据显示★●▪▼◇…:28nm体硅器件的设计成本大致在5130万美元左右◇-,而7nm芯片需要2■□.98亿美元◁●。对于多数客户而言…◁,转向16nm/14nm的FinFET制程太昂贵了●=★●…•。
格芯于2018年宣布退出10nm及更先进制程的研发■…•☆□-,这样▽=◁•★◁,该公司的最先进制程就是12nm了▪--。该公司是分两条腿走路的•◁,即FinFET和FD-SOI▼☆★○□★,这也充分体现在了12nm制程上▽◆◇▼▪,在FinFET方面•☆,该公司有12LP技术○☆△…☆,而在FD-SOI方面▼□▼◁☆=,有12FDX▪=▷▪▽。12LP主要针对人工智能★▽●▽◇☆、虚拟现实◇◆、智能手机网络基础设施等应用▽▼◁▽△…,利用了格芯在纽约萨拉托加县Fab 8的专业技术□◆▪•▷,该工厂自2016年初以来◆•▪▷▪◆,一直在大规模量产格芯的14nm FinFET产品☆▷•。
芯片设计成功的关键 /
总的来说•□•▪=-,台积电还是领先的▷◇●…◆,其典型产品就是2017年为苹果代工的A11处理器……▲□●。而三星也紧跟步伐▷▪,在10nm这个点•■●●▲,双方的进度相差不大•◇●◆▼▪,但总体水平◆□▼▲◇,台积电仍然略胜一筹•…◇。
台积电的16nm制程经历了16nm FinFET•▲▲、16FF+和16FFC三代▪-,之后进入了第四代16nm制程技术★▽□◆…■,此时-■▷,台积电改变策略▽○●◇■▷,推出了改版制程△○,也就是12nm技术○▪-▷,用以吸引更多客户订单•▼●△■,从而提升12吋晶圆厂的产能利用率…▲○☆▽=。因此▼•▽○,台积电的12nm制程就是其第四代16nm技术●•-•=。
平台与关键技术开发部部长夏禹此前给出的芯片工艺路线nm芯片研发进程▽•◁■,预计5nm芯片问世的时间点在2020年◆★■。在7nm时代…▪▽-▷▷,华为和台积电合作研发了3年◁●○■▽,耗资3亿美元★☆◁▽,才终于在2018年拿出7nm芯片设计•●。
目前来看•■★△▷■,具有或即将具有14nm制程产能的厂商主要有7家▪◁•▪,分别是○■▼▪:英特尔○-○▽•、台积电•□、三星◇○▪▷=、格芯◆▲、联电=•☆、中芯国际和华虹…☆•▽▪。
今年◇▲◆,英特尔的老对手AMD打起了翻身仗▽▷★=,凭借台积电代工的7nm锐龙3000系列处理器◁▷,让AMD在CPU处理器的制程工艺上首次超越了英特尔▪……○■○。
节点◆▽◁,以及SoIC CoW☆□○■▼■、CoWoS-R▽☆■、InFO_S◇-•▼☆、InFO_M_PoP等封装技术▪=□。
在7nm◇▼=▽,目前只有台积电和三星两家了●◆▲▷★,而且三星的量产时间相对于台积电明显滞后●☆••,这让三星不得不越过7nm-■•■□,直接上7nm EUV◇•▪▲△,这使得像苹果▽…★△•、华为□□••▪•、AMD◇-☆、英伟达这样的7nm制程大客户订单■▲■●◁,几乎都被台积电抢走了□◆。在这种先发优势下●•▲-,台积电的7nm产能已经有些应接不暇○■◁◆▷▼。而在7nm EUV量产方面■■□,台积电也领先了一步■◆…●,代工的华为麒麟990已经商用□◁,三星7nm EUV代工的高通新一代处理器也在生产当中●▷▼■▲,估计很快就会面市了•○■◁○。
制造过程中的重要步骤之一●•■,主要用于将大尺寸的晶圆切割成小片●☆=△,以便进行后续的制造和封装过程=◁◆★。以下是一些
14nm制程主要用于中高端AP/SoC••=△◆、GPU▲▽、矿机ASICFPGA○◆◆●、汽车半导体等制造▼▪▼▲。将用于全球首条5nm制程生产线nm时代•■,尽管它们的节点命名有所不同•▼●▲,以该公司的体量而言•○…★,2018年12月=■•△,这与该公司的发展策略直接相关•○◇□☆△!
台积电在2018年1月就开始兴建5nm晶圆厂了■=☆○=;除了钱===○▽◆、晶圆厂△▲▲、光刻机之外▽▼▪●,5nm的刻蚀机-▽▷-★•、EDA工具●◇▲、客户等也已经陆续就位▷◁●:
工具已就位◆=▼▪◇;目前◆○◆△▷,全球几大EDA巨头都已经陆续推出了5nm芯片设计工具★•☆,比如在2018年10月◇■…□,新思
三星方面…△◇,其晶圆代工路线nm LPP★▽★▷。不过○▽…•…□,三星的11 LPP和格芯的12nm LP其实是▽◇■▷…◁“师出同门▽-◆”•▼•,都是对三星14nm改良的产物■☆□•◁•,晶体管密度变化不大◁◆…,效能则有所增加△△。因此★=•,格芯的12nm LP与三星的12nm制程有非常多的共同之处…▼-,这可能也是AMD找三星代工12nm产品的原因之一▪▼。
而从制程工艺的发展情况来看-▼,一般是以28nm为分水岭▲◁,来区分先进制程和传统制程▲-•=◆。下面△☆○☆◆,就来梳理一下业界主流先进制程工艺的发展情况▷-…○★▲。
目前▪■★▲▽,英特尔对制程节点的严谨追求是很值得称道的-▪••◇▲,该公司研发副总裁邵华发表演讲时表示▪-☆!
GF(格芯)▪▽•△○,其带来的收入可想而知-△▽□-。它们可以设计和构建定制中芯国际方面▼•▷●△◇,正在开发14nm制程技术▲★△?
工业的诞生 /
中的应用 /
然而◁○◆,英特尔公司自己的14nm产能已经满载▪•▷▽,因此△▼★=-,该公司投入15亿美元△◇▷★◇◁,用于扩大14nm产能▼○☆•,预计可在今年第3季度增加产出▪•▷◇●▼。其14nm制程芯片主要在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂生产=☆◇,海外14nm晶圆厂是位于爱尔兰的Fab 24▪■……,目前还在升级14nm工艺=■•▲。
应用 /
等公司是这一历史阶段的先驱○☆▷=◆。现在▪■☆●◇,ASIC 供应商向所有人提供了设计基础设施•▪◇☆•○、芯片实施和
28nm处于32nm和22nm之间-▷▽○,业界在更早的45nm阶段引入了high-k值绝缘层/金属栅极(HKMG)工艺●•,在32nm处引入了第二代 high-k 绝缘层/金属栅工艺▽▽▼◁■,这些为28nm的逐步成熟打下了基础●▽。而在之后的先进工艺方面▪△=●▪,从22nm开始采用FinFET(鳍式场效应晶体管)等△=▷★。可见◆▷○▼○▪,28nm正好处于制程过渡的关键点上…■☆,这也是其性价比高的一个重要原因•-☆◁•△。
今年5月•△,英特尔称将于第3季度增加14nm制程产能▪▲,以解决CPU市场的缺货问题▽▲●▪•。
2018年底宣布量产联发科28nm芯片的华虹旗下的华力微电子也开始加入竞争行列△•△。该公司称会在2021年推出7nm工艺◁•◆◇○★,华力微电子方面…◆…,14nm是其目前的主要制程工艺▪•▼■▲,联电□□•-▼,英特尔的10nm比台积电的10nm有优势•▼•。
同为14nm制程◁▽●○,由于英特尔严格追求摩尔定律•△□○△,因此其制程的水平和严谨度是最高的☆●▪,就目前已发布的技术来看○▷▪•◁▪,英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级◆●▲◇▪□。
其14nm制程占比只有3%左右=◁▪◁△=,出现了一个更广泛的工程师社区-▷,华力微电子今年年底将量产28nm HKC+工艺☆■◇★•,从具体的性能指标◇◇▲。
CEO陈立武曾经告诉智东西◇=□◇★,目前Cadence已经和很多合作伙伴开始了7nm□…□、5nm●◇•☆▽☆、甚至3nm芯片工艺制程的研究△-。比如今年年初▼□◇●▪…,比利时公司Imec与Cadence就成功流片了首款3nm测试芯片▷•★。陈立武说=☆-▪□,现在5nm市场是最活跃的▲□,有很多非常积极的公司正在安排5nm相关EDA软件与设计▼◇▪◁△•、IP的协同▪◁◁。
芯片与数据中心在再次之★☆◁,所以最先用上先进的工艺的往往是专用芯片而非通用芯片◇-□•,比如台积电7nm的头批客户只包含了比特币与手机芯片玩家▪●☆▼。而根据华为
公司是这一历史阶段的先驱••☆。现在○▲◆,ASIC 供应商向所有人提供了设计基础设施▲-▽▲▪、芯片实施和
而目前=★•▼▼,英特尔的主流制程是14nm☆△▽▼,不过★■▲,前不久传来消息…◆•,经过多年的攻关▼▲▲=○,该公司终于解决了10nm工艺的技术难题-□▪☆,已经开始量产…■。
2018年8月□◁=…▲,格芯宣布放弃7nm LP制程研发▽◁☆,将更多资源投入到12nm和14nm制程○◁▪。
设备 /
行业开始出现分化◆△=△◁▷。有了设计限制◁●□,出现了一个更广泛的工程师社区△▼,它们可以设计和构建定制
中芯国际方面••,不仅14nm FinFET制程已进入客户风险量产阶段•△○☆○,而且在2019年第一季度▽•■▲,其12nm制程工艺开发进入客户导入阶段◁•●▼△,第二代FinFET N+1研发取得突破•=★▼▽▼,进度超过预期…●▪▲=,同时-★▲•■,上海中芯南方FinFET工厂顺利建造完成▷○◁△…△,进入产能布建阶段-•-▲。这意味着用不了多久▷=○■,一个新的12nm制程玩家将杀入战团○△•。
芯片的制造过程可以简化成用光刻机□••“雕刻▷…”图案●☆★★■,用刻蚀机吹走/洗走多余的材料☆-。相对于光刻机▷△,刻蚀机的研发难度要小一些●▽▪•-▪,但刻蚀机也是除光刻机以外最关键的设备△☆★•▽◆。目前一台刻蚀机单价在200万美元左右△▽…○▲,一个晶圆厂需要40-50台刻蚀机●★-•。
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营收占比高达67% /
由于性价比提升一直以来都被视为摩尔定律的核心意义•△▷,所以20nm以下制程的成本上升问题一度被认为是摩尔定律开始失效的标志▲□☆…▪,而28nm作为最具性价比的制程工艺▪○▷▷▽▲,具有很长的生命周期凯发k8一触即发▪▼○。
格芯制定了两条工艺路线图△■▷:一是FinFET-◁••,这方面▪▽◇▷■▲,该公司有14LPP和新的12LPP(14LPP到7LP的过渡版本)▷◆;二是FD-SOI★-=,格芯目前在产的是22FDX▪◇△=○,当客户需要时□◆•▼▷…,还会发布12FDX△…▽▲☆○。
另外…=,其14nm FinFET已进入客户试验阶段•=◁•◁●,特别是中芯国际和华虹○△△▷△。
封测领域方形扁平无引脚封装(QFN凯发k8一触即发▽▽,Quad Flat No-leads Package)
产品占当期销售额的 15%△◆▼◇△▷,5 纳米产品占比达到了 35%●▪◆,而 7 纳米产品则占据了 17%▼△▷;整体上看▷▲◁-◇★,
虽然高端市场会被 7nm◆▲▪◇-、10nm以及14nm/16nm工艺占据★○◁○◁★,但40nm●▪▽◇○☆、28nm等并不会退出-□◁。如28nm~16nm工艺现在仍然是台积电营收的重要组成部分○▷●◇◆•,特别是在中国大陆建设的代工厂■●●☆◁▽,就是以16nm为主◇○•◁●。中芯国际则在持续提高28nm良率△▷。