老石按：
一個(gè)很有意思的發(fā)現(xiàn),，就是亞洲可能會(huì)主導(dǎo)未來(lái)半導(dǎo)體代工的話(huà)語(yǔ)權(quán),。隨著藍(lán)廠(chǎng)的拉胯,，和格羅方德的沉寂，臺(tái)積電和三星愈發(fā)強(qiáng)勢(shì),。然而事實(shí)真的是這樣嗎,？這些代工廠(chǎng)使用了多少美國(guó)技術(shù)？它們背后的巨頭又有哪些,？歡迎文末留言討論,。
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）對(duì)于芯片產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō),，制程工藝是一個(gè)大家耳熟能詳?shù)囊粋€(gè)詞。然而隨著摩爾定律的限制,，不少?gòu)S商都在尋找繼續(xù)突破的辦法。為了從22nm過(guò)渡到16nm,，幾乎所有從事半導(dǎo)體制造的領(lǐng)頭羊企業(yè)都選擇從平面晶體管轉(zhuǎn)為FinFET晶體管,，由平面轉(zhuǎn)向立體。
然而目前半導(dǎo)體制程面臨的又一大壁壘則是5nm,，要突破到5nm以下,，就不得不選擇全新的解決思路，比如使用極紫外光刻機(jī)（EUV）等,，然而不同的半導(dǎo)體廠(chǎng)商紛紛踏上了不同的羅馬大路,。
三星
三星為了化身半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)軍人，去年正式發(fā)布了“2030愿景”戰(zhàn)略,，在2030年之前投資133萬(wàn)億韓元（1105.1億美元）,。如今三星已在做出了一系列舉措，比如開(kāi)發(fā)3nm工藝,、投資神經(jīng)處理單元與AMD合作開(kāi)發(fā)移動(dòng)GPU等,。三星如今已在韓國(guó)與美國(guó)建立了先進(jìn)的300mm晶圓廠(chǎng)，在韓國(guó)和中國(guó)蘇州也有測(cè)試和封裝的產(chǎn)線(xiàn),。
三星在制程工藝上做到的“第一”/ 三星
三星將借助EUV在FinFET上實(shí)現(xiàn)5nm和4nm,，目前三星也在加快第三個(gè)EUV節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)計(jì)劃。而到了3nm上,，三星將采用全新的GAA（環(huán)繞式柵極）結(jié)構(gòu),。最典型的GAA就是納米線(xiàn)，但由于納米線(xiàn)的高成本,，三星設(shè)計(jì)了一種全新的GAA形式MBCFET,。MBCFET由多層堆疊的納米片組成，從FinFET的橫向堆疊改為垂直堆疊,，兼容已有的FinFET設(shè)計(jì),。三星計(jì)劃2020年提供首批3nm GAA工藝客戶(hù)流片，2020年末進(jìn)行試產(chǎn),，2021年末正式進(jìn)入量產(chǎn),。
FinFET與MBCFET的比較 / 三星
在三星的規(guī)劃中，14nm制程將作為低成本的首選,，主要用于存儲(chǔ),、小芯片、DDR4和PCIe 4等應(yīng)用,；8nm主打性?xún)r(jià)比,，已經(jīng)可以用于AI交互,、DDR5、PCIe 5和GPU,，比如英偉達(dá)最新的RTX30系列,。5nm和4nm則主要用于下一代CPU、AI訓(xùn)練,，并實(shí)現(xiàn)112G的SerDes速率,，采用2.5D、3D TSV和FOWLP等先進(jìn)封裝,。三星在汽車(chē)上使用的先進(jìn)工藝主要是14nm與8nm,，提供AEC-Q100和ASIL B/D的認(rèn)證，以及MIPI,、內(nèi)存,、PCIe、以太網(wǎng)和安全等應(yīng)用上的關(guān)鍵IP,，輔以低成本高性能的封裝,。
英特爾
英特爾的制程迭代之路就比較坎坷，不過(guò)與廣大代工廠(chǎng)不同的是,，他們并不需要保持制程優(yōu)勢(shì),，只要能在維持競(jìng)爭(zhēng)力的情況下滿(mǎn)足客戶(hù)需求即可。因此Intel在14nm上徘徊了很長(zhǎng)時(shí)間,，直到2019年的處理器才開(kāi)始使用10nm制程,，而今年又爆出了7nm制程出現(xiàn)問(wèn)題，產(chǎn)品線(xiàn)全面延遲,，甚至解雇了芯片業(yè)務(wù)的主要負(fù)責(zé)人,，甚至在考慮未來(lái)是尋求代工合作還是購(gòu)買(mǎi)更多的7nm設(shè)備。這主要?dú)w結(jié)于EUV的使用過(guò)晚,，和技術(shù)業(yè)務(wù)架構(gòu)上的失誤,。
由FinFET轉(zhuǎn)為納米線(xiàn) / Intel
作為最早實(shí)現(xiàn)FinFET的廠(chǎng)商之一，Intel并不想在制程上落后于人,，但他們更重視于晶體管密度的提升而不是單單的制程升級(jí),。今年8月，英特爾正式公布了10nm下的SuperFin技術(shù),，用于下一代Tiger Lake芯片中,，并保證其功耗效率可以與臺(tái)積電的7nm相抗衡。在今年的第三季度財(cái)報(bào)會(huì)議上,，Intel CEO司瑞博提到他們已經(jīng)找到了7nm工藝問(wèn)題的根源,，部署了解決方案，取得了驚人的進(jìn)展,。此外,，Intel在今年提出未來(lái)五年內(nèi)將采用GAA結(jié)構(gòu),，但他們所用的正是三星所拋棄的納米線(xiàn)。從Intel的路線(xiàn)圖來(lái)看,，GAA結(jié)構(gòu)也許會(huì)用于5nm制程工藝中,。
臺(tái)積電
臺(tái)積電的制程工藝發(fā)展 / 臺(tái)積電
臺(tái)積電目前5nm制程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用以及高效能運(yùn)算應(yīng)用開(kāi)發(fā),。該制程為臺(tái)積電第二代運(yùn)用極紫外（EUV）技術(shù)的制程,，早在去年3月就已經(jīng)進(jìn)入了試產(chǎn)階段，于今年開(kāi)始量產(chǎn),。目前蘋(píng)果的A14芯片以及華為海思的麒麟9000系列芯片都采用了臺(tái)積電的5nm制程，未來(lái)AMD的Zen 4 CPU也將使用這一技術(shù),。此外臺(tái)積電預(yù)計(jì)5nm推出一年后,，將推出5nm FinFet強(qiáng)化版制程技術(shù)N5P，提升5%的性能,，降低10%的功耗,。
臺(tái)積電主要制程的PPA公開(kāi)數(shù)據(jù)對(duì)比 / 數(shù)據(jù)來(lái)源：臺(tái)積電
而5nm之后，臺(tái)積電打算先推出N4制程,，通過(guò)進(jìn)一步部署EUV層來(lái)減少光罩,，并將芯片設(shè)計(jì)者的移植工作量減少到最小。臺(tái)積電預(yù)計(jì)N4的試產(chǎn)將于2021年第四季度開(kāi)始,，量產(chǎn)則要等到2022下半年,，因此我們也許只能在2023年才得以看到4nm芯片登場(chǎng)。而在3nm節(jié)點(diǎn)上,，臺(tái)積電并不打算采用GAA結(jié)構(gòu),，而是繼續(xù)維持在FinFET。臺(tái)積電強(qiáng)調(diào),，他們對(duì)現(xiàn)有的FinFET技術(shù)打造了顯著的升級(jí),，使其能夠達(dá)到下一代的性能表現(xiàn)。臺(tái)積電還提到了FinFET的可預(yù)見(jiàn)性能使他們?cè)谂鷾?zhǔn)時(shí)間線(xiàn)內(nèi)成功交付該制程下的產(chǎn)品,。這句話(huà)也許才是臺(tái)積電固守FinFET的根本原因,，作為晶圓代工廠(chǎng)，滿(mǎn)足客戶(hù)的交期才是最關(guān)鍵的目標(biāo),。而GAA這種先進(jìn)結(jié)構(gòu),，未知性太大，一旦產(chǎn)量和良率無(wú)法保證,，將對(duì)公司造成巨大的打擊,。
中芯國(guó)際
中芯國(guó)際目前第一代14nm的FinFET已經(jīng)取得了突破，并在2019年第四季度進(jìn)入了量產(chǎn)階段,，也是目前大陸自主研發(fā)集成電路的最高制程水平,。盡管中國(guó)大陸的制程工藝比較落后,，但中芯國(guó)際在更先進(jìn)制程上的研發(fā)早就開(kāi)始了。中芯國(guó)際從28nm直接進(jìn)入14nm,，跳過(guò)了20nm的節(jié)點(diǎn),，未來(lái)也很有很可能直接實(shí)現(xiàn)制程飛躍。
2017年底,，中芯國(guó)際就已經(jīng)開(kāi)始投入研發(fā)資金開(kāi)發(fā)7nm工藝,。中芯國(guó)際的N+1與N+2制程并沒(méi)有宣稱(chēng)是7nm，也不會(huì)采用EUV工藝,。只有等到設(shè)備就緒后,，N+2后的制程將使用EUV進(jìn)一步推進(jìn)制程迭代。今年10月11日,，主營(yíng)業(yè)務(wù)為IP和定制芯片的芯動(dòng)科技宣布已經(jīng)完成了基于中芯國(guó)際FinFET N+1工藝的芯片流片和測(cè)試,。據(jù)高盛預(yù)測(cè)，中芯國(guó)際在2022年可以成功過(guò)渡到7nm工藝,，2024年下半年將可以實(shí)現(xiàn)5nm工藝,。
從幾大公司的研發(fā)投入來(lái)看，制程突破不僅耗時(shí),，而且耗財(cái),。像英特爾這樣的IDM芯片廠(chǎng)商，出現(xiàn)制程問(wèn)題后,，都觸發(fā)了一系列負(fù)面影響,，更不用說(shuō)其他代工廠(chǎng)了。與此同時(shí),，芯片制程的迭代不代表對(duì)過(guò)去技術(shù)的完全拋棄,，最新的制程仍將是高性能的代名詞，也是AI,、5G,、自動(dòng)駕駛等技術(shù)的陪綁宣傳，但其余制程下的產(chǎn)品仍將在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中生根發(fā)芽,，這也是為什么臺(tái)積電還在推出N12e新制程的原因,。國(guó)內(nèi)雖然起步較晚，但是隨著制程工藝的推進(jìn)愈發(fā)困難,，相信未來(lái)很快就會(huì)迎頭趕上,。