中芯国际；10nm以下先进工艺还有戏吗

2022-01-08

上周，中芯国际被美国商务部列入实体清单的消息引起轩然大波。对此，中芯国际作出了回应，经该公司初步评估，该事项对其短期内运营及财务状况无重大不利影响，对10nm及以下先进工艺的研发及产能建设有重大不利影响，公司将持续与美国政府相关部门进行沟通，并视情况采取一切可行措施，积极寻求解决方案，力争将不利影响降到最低。
当下，中芯国际正处在攻克先进制程（14nm~10nm之间）量产的重要阶段，其中14nm已经于2019年底实现量产。
在不久前11月中旬召开的2020第三财季说明会上，谈到先进制程进展时，中芯国际表示：14nm良率已达业界量产水准，公司将持续提升产品和服务竞争力，引入更多国内外客户。第二代先进工艺技术“N+1”稳步推进，正在做客户产品验证，已进行小量式产，产品应用主要为高性能运算。
相对第一代，第二代技术平台以低成本、客制化为导向，第二代相较14nm性能提升20%，功率减少57%，逻辑面积减少63%，集成系统面积减少55% 。公司正在与海内外客户合作10多个先进工艺流片项目，包含14nm及更先进工艺技术。
产能计划方面，中芯国际一直秉持谨慎规划原则，以市场和客户需求为导向，统筹计划与布建，先进产能规模相对较小，对于可能的出口管制，正与供应商积极梳理相应解决方案。
总的来说，今年的研发任务基本完成，虽然先进工艺研发取得一些成绩，但距离世界一流水平还有很长的路要走。
可见，中芯国际对于被列入实体清单是有准备的，特别是进行到10nm级别制程工艺攻坚阶段，更加谨慎，做好了多手应对措施。
10nm，是半导体先进制程的一道坎儿，它就像一座独木桥，将有志于掌握最先进制程工艺的厂商阻拦在了对岸，要想过去，需要花费相当大的力气。
在这种困难面前，有的选择继续前进，有的选择停步观望、改变策略，而一旦过了桥，到达先进制程彼岸，就可以占得先机，且可具有天时和地利优势，对还想过桥的竞争者产生先发和代次优势，使后来者过桥难度陡增。
更为重要的是，10nm这座桥只是一个重要的通路，在上边停留的时间很短。
当下，具备10nm量产，或是有志于掌握这种能力的晶圆厂只剩下台积电、三星、Intel和中芯国际这四家了。原本想过桥的另外几家，因为被台积电和三星占先，从而在市场竞争中的劣势越来越明显，多数选择改变发展策略，转而将重心放在了成熟制程工艺上。
抢先过桥
台积电早在2013年就开始了10nm工艺的研发。而按照早期规划，台积电的计划是 2016 年第四季度量产10nm工艺，实际量产时间与其规划基本吻合，2017年初实现了量产，标志性应用就是苹果的A11处理器，这给台积电带来了巨大的收益。2018年其10nm营收持续增长，并向Fab12和Fab15转移。产品主要包括手机AP、基带和ASIC 。
那之后，台积电10nm营收的比例基本持平，且相对份额不高，28nm和16nm一直是该公司收入的主要来源。
三星方面，几乎与台积电同步量产10nm制程。2015年7月，该公司旗下的制造部门Samsung Foundry的Kelvin Low 在网上发布了一段视频，确认三星已经将 10nm FinFET 工艺正式加入路线图；2016年10月，该公司第一代10nm FinFET LPE制程大批量生产；2017年4月，三星第二代10nm FinFET工艺技术10LPP通过认证；2017年10月，8nm FinFET工艺技术8LPP通过认证；2017年11月，第二代10nm FinFET工艺技术量产。
在10nm这个节点，三星和台积电的进度相差不大，但总体水平，台积电仍然略胜一筹。
Intel也早就开始了10nm的研发，原计划是在2016年量产，当时，EUV还不成熟，因此，Intel选择了多重四图案曝光（SAQP）技术，但研发过程中遭遇困难，导致10nm量产时间一再推迟。而从当时的情况来看，采用SAQP技术造成良率较低可能是迟迟无法规模量产的主要原因。
在那之后，Intel一直未对外公布10nm量产进度，2017年初，时任IntelCEO科再奇在美国CES展会前，宣布首颗10nm处理器Cannon Lake就绪，将迎战台积电和三星。
然而，没过多久，Intel官方对外发布了继承当年主打的第七代核心处理器Kaby Lake的第八代Core处理器细节，表示仍将采用14nm制程生产，10nm量产时间又被延迟了。经过多年的周折和延迟，Intel的10nm终于在2019年底实现量产。
自2018年下半年以来，Intel在升级和建立用于生产10nm芯片的新生产线方面投入了大量资金，但要想扩大规模还需要几年时间。在此期间，Intel必须提高其14nm芯片的产量。因此，传闻它将一部分CPU转由三星代工，希望能够解决产能不足的问题。
不过，Intel对制程节点的严谨追求是很值得称道的，从具体的性能指标，特别是PPA和晶体管密度来看，Intel的10nm比台积电的10nm有优势。
短暂停留
目前，已经实现10nm大规模量产的只有台积电和三星。Intel的生产规模有限，不做过多评论。
不过，即使是像台积电和三星这样的龙头企业，在10nm这座桥上停留的时间都比较有限。
来自台积电的统计显示，2017年，10nm营收在该公司所有制程中的占比为10%，2018年Q2，占比上升到了13%，Q3占比为6%，2018全年营收占比为11% 。2019年，这一比例下降到了3% 。
从上图可以看出，过去两年，台积电16nm及更成熟制程工艺的营收比例变化不大，变化主要体现在最先进制程方面，具体就是7nm和10nm，2018年，这两种制程的营收占比不分伯仲，而到了2019年，情况出现很大变化，随着7nm的成熟和放量，一举超越10nm，成为了营收第一主力。
还有一点：2017上半年，联发科为了进攻高端市场，全力打造Helio曦力品牌，推出了x30处理器，工艺制程也从原先的16nm，升级到10nm，计划交给台积电代工生产。
但是，台积电一方面要解决10nm制程良率的问题，一方面要全力供给苹果处理器，造成联发科x30处理器难产。这间接导致在华为和苹果试水之前，几乎没有厂商大规模采用台积电的10nm制程。这也成为了该公司10nm制程发展的一个障碍。
从今年的情况来看，台积电16nm及更成熟制程工艺的营收比例变化也不会大，而5nm和7nm的占比将会进一步提升。在这样的趋势下，该公司在今年第二季度的营收中，没有了10nm的踪影。如下图所示。

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可见，今年，台积电将重点放在了7nm和5nm上，10nm似乎是一个过渡性的制程节点，所占比重在不断降低。
总体来看，7nm量产之后，台积电就将主要资源投入在了该制程方面，10nm在比较短的时间内，就完成了它的历史任务。
三星方面，2017年，几乎与台积电同步量产10nm制程后，三星将大部分的高通骁龙处理器订单收至麾下。不过，为了赶上台积电7nm制程量产的步伐，三星在10nm上花费的精力和时间也比较有限，2019年，三星的7nm制程收到了高通骁龙765的订单。而与台积电相似，将规划的重点放在了未来的5nm和3nm上，10nm很可能也是匆匆走过。

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结语
综上可见，10nm成为了对最先进制程工艺有强烈渴望厂商必经，但又难以长时间停留的窄桥，台积电是这样，三星也是如此，而相对来讲，Intel的情况还不是很明朗，或许它能成为相反的案例。
不过，从市场传出该公司将于明年把大量7nm和6nm芯片外包出去生产的消息来看，Intel似乎对10nm制程也没有太大的信心。
如何成功迈过10nm这道坎儿，是晶圆厂必须要面对的挑战，而在麻烦不断的当下，犯错的可能性似乎在加大，不过，谁又不会犯错呢？
半导体行业霸主Intel犯过错，就连山姆大叔成长史上难得一见的非“公务员”出身的、被一部分人称为其政界“革命者”的这一届总统，在疫情面前也出现了大昏招，不然他连任几无悬念。
在重压之下产生偏差是难免的，此时，练好内功，做足准备，寻机应变很重要。
此处，不禁想起了爱德蒙·邓蒂斯最后说的那句话：“人类的一切智慧是包含在这四个字里面的：‘等待’和‘希望’！”
【中芯国际；10nm以下先进工艺还有戏吗】 不过，等待希望的前提是做好充足准备，并且要坚持不放弃，既不放弃事，也不放弃人。
责编AJX
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