“中國芯”迎來技術新突破。

中芯國際近日表示，通過加大研發(fā)投入，14nm制程工藝芯片已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，并將于2021年正式出貨。

繼去年8月中芯國際首次宣布14nm芯片研發(fā)成功，到如今超預期實現(xiàn)量產(chǎn)，良率高達95%。這標志著中芯國際正式趕超臺積電南京12寸廠的16nm制程工藝，追平臺聯(lián)電14nm制程工藝，正式躋身全球晶圓先進制程工藝代工廠的行列，這是中國半導體發(fā)展史上的重要里程碑。

14nm意味著什么？

所謂芯片“nm”的制程數(shù)值，指的是每一款芯片中最小的柵極寬度。

在芯片上數(shù)十億個晶體管結構中，每個晶體管中電流從 Source(源極)流入 Drain(漏級)，而其中的Gate(柵極)相當于閘門，主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。而柵極寬度決定了電流通過時的損耗，柵極越窄、功耗越低，性能越高。

芯片制程工藝的具體數(shù)值，是評價移動設備性能的關鍵指標。每一款旗艦手機的發(fā)布，通常都與芯片性能的突破息息相關。

以高通在2018年年底發(fā)布的驍龍855芯片為例，它采用的是7nm制程工藝，集成超過60億個晶體管，比高通在2017年第一季度推出的驍龍835(10nm制程工藝)上的30億個晶體管數(shù)量多了1倍，性能大漲了55%，而芯片體積幾乎未變，比直徑約1.9厘米的一美分硬幣還小。

高通驍龍820、835、855與一美分硬幣對比

目前，許多廠商的主流旗艦機型如三星S10、OPPO Reno和小米9等等都應用了該款芯片。

對于芯片廠商而言，縮減制程數(shù)值是它們不遺余力去實現(xiàn)的目標。但是，當柵極寬度逼近20nm時，就會遇到新的技術瓶頸，導致研發(fā)難度和成本急劇上升：由于柵極過窄，對電流控制能力急劇下降，二氧化硅絕緣層會變得更薄，容易導致電流泄漏。因此，就需要光刻設備、絕緣材料、芯片柵極改制、FinFET 3D等新技術新工藝以突破技術壁壘。

從制程工藝的發(fā)展情況來看，從28nm到14nm是一道分水嶺，隨著摩爾定律逐步失效，制作更先進制程的芯片需要更長周期，業(yè)界至此也開始兩極分化為具備先進制程或是傳統(tǒng)制程的不同技術能力。

全球六大IC晶圓廠制程演進表

在全球半導體業(yè)中，能實現(xiàn)14nm工藝節(jié)點的企業(yè)不到10家，包括英特爾、三星、臺積電、格羅方得、聯(lián)電、東芝、海力士、美光等。

中芯國際14nm芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，獲得的是成為全球晶圓先進制程工藝代工廠的入場券。至此，“中國芯”距離當前已經(jīng)量產(chǎn)的最先進制程7nm僅相差兩代，產(chǎn)品差距縮小到四年之內(nèi)。

四年實現(xiàn)技術飛躍

作為中國大陸規(guī)模最大的集成電路芯片制造企業(yè)，中芯國際在2015年成功量產(chǎn)了28nm制程工藝芯片，并在短短四年實現(xiàn)了從28nm到14nm的飛躍，而臺聯(lián)電為此耗費了整整5年。

技術快速迭代，與中芯國際的高投入密切相關。2018年，中芯國際向荷蘭ASML訂購了一套EUV設備(極紫外線光刻機)，據(jù)傳是當時最昂貴和最先進的芯片生產(chǎn)工具，價值高達1.2億美元，2019年初，這一設備已經(jīng)如期交付。

據(jù)ASML官網(wǎng)介紹，這臺價值1.2億美元的設備，能夠支持精細到5nm工藝節(jié)點的批量生產(chǎn)，擁有每小時155片的300mm尺寸晶圓雕刻能力。這為中芯國際成功實現(xiàn)14nm量產(chǎn)提供了關鍵設備支撐。在頂尖光刻設備的加持之下，可以想見，中芯國際距離12nm、10nm甚至7nm的時代也不會太遙遠。

另一個讓中芯國際實現(xiàn)四年快速技術跨越的關鍵，在于“靈魂人物”新任聯(lián)席CEO梁孟松。

梁孟松曾經(jīng)帶領臺積電和三星分別突破了28nm以及14nm大關。在臺積電的17年中，梁孟松為臺積電創(chuàng)造了500項專利，對于臺積電每一世代制程項目，梁孟松都是作為參與者或者負責人。2011年，梁孟松以研發(fā)部總經(jīng)理、圓晶代工副總的身份加入了三星半導體。在他加入三星之后，三星在2015年早于臺積電達成了14nm技術成就，并借此獲得了代工蘋果A9芯片的訂單。

梁孟松

2017年，梁孟松辭去了在三星的一切職務加入了中芯國際，他迅速帶領中芯國際在2019年初成功量產(chǎn)了第一顆14nm“中國芯”，如今實現(xiàn)了超過95%的良率，進展速度超過預期。

除了14nm芯片之外，中芯國際12nm也已經(jīng)進入客戶導入階段，如果進度順利，預計年底會有幾家客戶進行流片，新一代的FinFET的生產(chǎn)線也在推進之中。

AIoT時代最具價值的制程

據(jù)公開報道，中芯國際14nm芯片目前已有超過10個流片客戶，其中有車用芯片客戶流片，并通過了車用標準Grade 1的測試門檻，眾所周知，車用市場對芯片品質(zhì)門檻要求最高。

對于全球大型芯片制造廠商而言，28nm芯片技術已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)能顯得有些過剩。而在另一端，10nm以下制程技術則非常尖端，行業(yè)玩家只剩下金字塔尖的臺積電、三星和英特爾。

而居于兩者中間位置的14nm顯然成為了中堅力量，成為絕大多數(shù)中高端芯片的主要制程。

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在2019年上半年，整個半導體銷售市場規(guī)模約為2000億美元，其中65%芯片采用14nm制程工藝，僅10%左右的芯片采用7nm，25%左右采用10nm和12nm，14nm可以說是當下應用最廣泛、最具市場價值的制程工藝。

隨著5G和AIoT時代的到來，特別是在智慧城市、自動駕駛、安防物聯(lián)網(wǎng)等領域各項產(chǎn)品日趨豐富，芯片也逐漸專注于針對特殊場景的優(yōu)化，專用芯片即將迎來“百花齊放”的物種大爆發(fā)時代，廣泛的AIoT場景，將讓14nm制程的芯片擁有龐大的市場空間。

目前，國內(nèi)已經(jīng)有超過20家企業(yè)投入AI芯片的研發(fā)中來。而中芯國際對于關鍵制程的把控，意味著國內(nèi)芯片設計企業(yè)和AI公司在應用14nm芯片產(chǎn)品方面獲得更多的自主能力，從而實現(xiàn)真正完全的“中國智造”。

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