“中國(guó)芯”迎來技術(shù)新突破。

中芯國(guó)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并將于2021年正式出貨。

繼去年8月中芯國(guó)際首次宣布14nm芯片研發(fā)成功，到如今超預(yù)期實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，良率高達(dá)95%。這標(biāo)志著中芯國(guó)際正式趕超臺(tái)積電南京12寸廠的16nm制程工藝，追平臺(tái)聯(lián)電14nm制程工藝，正式躋身全球晶圓先進(jìn)制程工藝代工廠的行列，這是中國(guó)半導(dǎo)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(gè)晶體管結(jié)構(gòu)中，每個(gè)晶體管中電流從 Source(源極)流入 Drain(漏級(jí))，而其中的Gate(柵極)相當(dāng)于閘門，主要負(fù)責(zé)控制兩端源極和漏級(jí)的通斷。而柵極寬度決定了電流通過時(shí)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(píng)價(jià)移動(dòng)設(shè)備性能的關(guān)鍵指標(biāo)。每一款旗艦手機(jī)的發(fā)布，通常都與芯片性能的突破息息相關(guān)。

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(gè)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(gè)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(duì)比

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

對(duì)于芯片廠商而言，縮減制程數(shù)值是它們不遺余力去實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。但是，當(dāng)柵極寬度逼近20nm時(shí)，就會(huì)遇到新的技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致研發(fā)難度和成本急劇上升：由于柵極過窄，對(duì)電流控制能力急劇下降，二氧化硅絕緣層會(huì)變得更薄，容易導(dǎo)致電流泄漏。因此，就需要光刻設(shè)備、絕緣材料、芯片柵極改制、FinFET 3D等新技術(shù)新工藝以突破技術(shù)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(jìn)制程的芯片需要更長(zhǎng)周期，業(yè)界至此也開始兩極分化為具備先進(jìn)制程或是傳統(tǒng)制程的不同技術(shù)能力。

全球六大IC晶圓廠制程演進(jìn)表

在全球半導(dǎo)體業(yè)中，能實(shí)現(xiàn)14nm工藝節(jié)點(diǎn)的企業(yè)不到10家，包括英特爾、三星、臺(tái)積電、格羅方得、聯(lián)電、東芝、海力士、美光等。

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

四年實(shí)現(xiàn)技術(shù)飛躍

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

技術(shù)快速迭代，與中芯國(guó)際的高投入密切相關(guān)。2018年，中芯國(guó)際向荷蘭ASML訂購(gòu)了一套EUV設(shè)備(極紫外線光刻機(jī))，據(jù)傳是當(dāng)時(shí)最昂貴和最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工具，價(jià)值高達(dá)1.2億美元，2019年初，這一設(shè)備已經(jīng)如期交付。

據(jù)ASML官網(wǎng)介紹，這臺(tái)價(jià)值1.2億美元的設(shè)備，能夠支持精細(xì)到5nm工藝節(jié)點(diǎn)的批量生產(chǎn)，擁有每小時(shí)155片的300mm尺寸晶圓雕刻能力。這為中芯國(guó)際成功實(shí)現(xiàn)14nm量產(chǎn)提供了關(guān)鍵設(shè)備支撐。在頂尖光刻設(shè)備的加持之下，可以想見，中芯國(guó)際距離12nm、10nm甚至7nm的時(shí)代也不會(huì)太遙遠(yuǎn)。

另一個(gè)讓中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)四年快速技術(shù)跨越的關(guān)鍵，在于“靈魂人物”新任聯(lián)席CEO梁孟松。

梁孟松曾經(jīng)帶領(lǐng)臺(tái)積電和三星分別突破了28nm以及14nm大關(guān)。在臺(tái)積電的17年中，梁孟松為臺(tái)積電創(chuàng)造了500項(xiàng)專利，對(duì)于臺(tái)積電每一世代制程項(xiàng)目，梁孟松都是作為參與者或者負(fù)責(zé)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(dǎo)體。在他加入三星之后，三星在2015年早于臺(tái)積電達(dá)成了14nm技術(shù)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(wù)加入了中芯國(guó)際，他迅速帶領(lǐng)中芯國(guó)際在2019年初成功量產(chǎn)了第一顆14nm“中國(guó)芯”，如今實(shí)現(xiàn)了超過95%的良率，進(jìn)展速度超過預(yù)期。

除了14nm芯片之外，中芯國(guó)際12nm也已經(jīng)進(jìn)入客戶導(dǎo)入階段，如果進(jìn)度順利，預(yù)計(jì)年底會(huì)有幾家客戶進(jìn)行流片，新一代的FinFET的生產(chǎn)線也在推進(jìn)之中。

AIoT時(shí)代最具價(jià)值的制程

據(jù)公開報(bào)道，中芯國(guó)際14nm芯片目前已有超過10個(gè)流片客戶，其中有車用芯片客戶流片，并通過了車用標(biāo)準(zhǔn)Grade 1的測(cè)試門檻，眾所周知，車用市場(chǎng)對(duì)芯片品質(zhì)門檻要求最高。

對(duì)于全球大型芯片制造廠商而言，28nm芯片技術(shù)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(shù)則非常尖端，行業(yè)玩家只剩下金字塔尖的臺(tái)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(jiān)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(jì)，在2019年上半年，整個(gè)半導(dǎo)體銷售市場(chǎng)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(dāng)下應(yīng)用最廣泛、最具市場(chǎng)價(jià)值的制程工藝。

隨著5G和AIoT時(shí)代的到來，特別是在智慧城市、自動(dòng)駕駛、安防物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域各項(xiàng)產(chǎn)品日趨豐富，芯片也逐漸專注于針對(duì)特殊場(chǎng)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(shí)代，廣泛的AIoT場(chǎng)景，將讓14nm制程的芯片擁有龐大的市場(chǎng)空間。

目前，國(guó)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(guó)際對(duì)于關(guān)鍵制程的把控，意味著國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)和AI公司在應(yīng)用14nm芯片產(chǎn)品方面獲得更多的自主能力，從而實(shí)現(xiàn)真正完全的“中國(guó)智造”。

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