中芯國際為何率先量產28nm的驍龍410?

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雷鋒網2015/08/10 18:49

中芯國際是中國大陸最強的半導體代工企業,不過它在與台灣半導體代工廠和三星半導體製造廠的競爭中一直都處於不利的地位。2014年在全球前五大半導體代工廠中,中芯國際和格羅方德是兩家營收下滑的企業,而台積電、聯電和三星的營收都是同比上升的,其中一個原因正是中芯國際的工藝遠遠落後於另外四家企業,28nm工藝量產拉近了與全球第 二大代工廠聯電的差距,對中芯國際無疑是強心劑。

為什麼是28nm?

2013年中芯國際就宣布開發28nm工藝。28nm工藝有兩個方向,一個是高介電常數金屬閘極(HKMG),一個是低功耗型的傳統氮氧化矽(Sion),前一個技術難度要高很多。

HKMG技術是進入到28nm才開始引入的,使用這種技術可以能大幅減小柵極的漏電量,由於high-k絕緣層的等效氧化物厚度(EOT:equivalent oxide thickness)較薄,這樣電晶體就能得到進一步的縮小,而管子的驅動能力也能得到有效的改善,因此28nm HKMG技術被視為半導體製造工藝的一種革命性進步。因為實現了HKMG技術,再向20nm、16nm演進就容易了。

編者註:在摩爾定律的指引下,集成電路的線寬不斷縮小。按照規律,基本上是按每兩年縮小至原尺寸70%的步伐前進。比如2007年達到45nm,2009年達到32nm,2011年達到22nm。而產業界在從45/40nm向下演進時,由於32nm工藝的不成熟,而28nm引入hkmg實現了重要變革,中間跳過32nm。因此28nm這個節點非常特殊。

中芯國際在28nm工藝製程上的快速進展得到了高通的幫助,去年中國發起了對高通的反壟斷調查,為了換取大陸減輕處罰高通當時做出了一系列的讓步,其中之一正是與中芯國際合作研發28nm工藝。目前中芯國際生產驍龍410正是採用28nm HKMG技術,這對中芯國際來說意義重大。

全球前五大半導體代工廠,現在都怎麼樣了?

全球前五大半導體代工廠是台積電、聯電、三星、格羅方德和中芯國際。

從技術上說台積電和三星無疑是第一集團,今年台積電的16nmFF+工藝量產落後於三星14nmFinFET,這讓三星搶盡了風頭。由於台積電的16nmFF+量產時間延後,這迫使去年轉單台積電的蘋果不得不將前期的A9處理器交給三星半導體生產以趕上今年9月份的新款iPhone上市;憑藉自家14nmFinFET工藝的領先優勢,三星的Exynos7420處理器成為全球安卓市場最強大的處理器,讓採用這款處理器的S6 Edge大受歡迎,扭轉了連續數個季度不斷下滑的趨勢,今年二季度其手機業務部門營業利潤為2.76萬億韓元(約合23.69億美元),是過去個季度最高的。

台積電雖然今年在工藝製程競賽上落後三星,但是台積電的實力依然很強大。繼2014年營收暴增25%之後,今年上半年的營收依然獲得了29.1%的同比增長,原因就是三星半導體雖然技術先進,可是三星同時做手機、DRAM、CMOS、手機晶片等產品,這讓IC設計企業擔憂與它的同業競爭問題,而更願意將訂單交給台積電生產。蘋果公司同樣如此,在台積電量產16nmFF+後有望獲得至少三成的A9處理器訂單。

格羅方德連續數年虧損後,曾傳出要出售的消息,不過似乎持有格羅方德的阿聯酉阿布達比先進技術投資公司(ATIC)並不甘心,先是向三星購買了14nm工藝技術,研發了22nm FD-SOI技術,今年併購了IBM的微電子業務,似乎打算繼續在這個領域深耕。不過考慮到本文主要是談中芯國際,格羅方德目前與中芯國際直接競爭的關係不大,不在本文深談。

中芯國際2014年營收19.7億美元,營收不及位居全球代工廠第二的聯電的46.2億的一半,但是由於聯電已經在大陸擁有和艦科技並正在廈門投資建設12英寸半導體工廠,都在爭奪大陸的客戶,兩家的工藝製程差距較小,與台積電和三星的工藝差距太遠,故將這兩家當做直接的競爭對手來談。

(中芯國際近四年營業收入)

中芯量產28nm工藝,為的是與聯電競爭?

聯電一直以來都是全球半導體代工廠二哥。雖然2012年格羅方德通過併購等方式在營收上超過了聯電,但是去年聯電在量產28nm工藝,28nm是前兩年台積電的天下。2014年三季度為台積電提供了總營收的34%,聯電量產28nm贏得了部分客戶推動營收增長10.8%,是前五大代工廠中增長速度僅次於台積電的,並搶回了全球半導體代工廠二哥的位置。

聯電早已經看中大陸市場,並在2003年就開始在大陸市場布局。受制於當時台灣當局的管制,聯電曲線在蘇州投資了和艦科技,目前已經將它收入旗下。不過和艦科技是8英寸半導體工廠,技術不夠先進,去年底獲得台灣當局批准在廈門建設更先進的12英寸晶圓廠。

大陸目前已經是全球最大的晶片採購市場,2014年大陸的採購的晶片占全球的過半份額,超過了進口石油花費的資金。大陸去年成立200億美元晶片產業基金推動晶片產業的發展,大陸也在興起展訊、海思、聯芯、瑞芯微等晶片企業,海思的網通處理器目前正在使用台積電的16nm(這個工藝去年量產,與今年即將量產的16nmFF+不同,其應用於手機晶片的時候能效甚至還不如20nm,所以台積電要開發16nmFF+)工藝生產。

聯電為了贏得在大陸市場的競爭優勢,在自研14nm工藝,同時與高通合作研發18nm工藝。由於台灣當局的管制,聯電只能將落後一代的技術引入大陸市場,要在這兩種工藝之一在台灣投產,才能將28nm工藝引入大陸廈門工廠,聯電希望憑藉就近服務和先進工藝的優勢爭取大陸客戶。

中芯國際此時量產28nm工藝無疑其直接競爭對手就是聯電,聯電去年才量產28nm工藝,雙方的技術差距迅速縮小。在40nm工藝上,聯電於2009年就開始量產,而中芯國際到2013年才量產40nm,對比之下可見中芯國際技術進步之快速。

中芯國際今年一季度的財報顯示,其來自中國大陸市場的營收占比達到47%創下新高,可見大陸市場正成為中芯國際的重要增長點。現在中芯國際的工藝技術趕上聯電,無疑可以有效減小聯電爭取今年底在廈門廠投產28nm工藝帶來的威脅,為去年營收負增長的中芯國際打下一劑強心劑。

高通已經答應了將驍龍410放在中芯國際用28nm工藝生產,其是台積電取得蘋果的處理器訂單之前的大客戶,其將部分訂單交給中芯國際將推動中芯國際今年獲得好業績。


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