全球不到 10 家，中芯國際四年從 28nm 飛躍至 14nm

與非網(wǎng) 10 月 21 日訊，近日中芯國際官方宣布，公司自行研發(fā)的 14nm 制程芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，將于 2021 年前后出貨。至此，中芯國際成為全球第九家有能力量產(chǎn) 14nm 芯片的企業(yè)。

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。

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。

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。

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”。

雖說與目前最先進的研發(fā)階段 5nm 芯片仍存在很大差距，但突破 14nm 技術難關對中芯國際甚至是全國科技發(fā)展來說都具有非凡的意義。從技術上來說。14nm 是一個重要瓶頸，傳統(tǒng)的制作工藝至 14nm 已基本失效，14nm 芯片的制作技術對傳統(tǒng)工藝來說是完全不同的、創(chuàng)新的，同樣也是可延續(xù)的。突破 14nm 芯片的技術瓶頸，意味著我們掌握了制造 5nm 芯片的核心技術，成功躋身臺積電、三星和英特爾以下的芯片制造第二梯隊，為我國進軍高科技強國取得一張入場券。

與第一梯隊的 7nm 技術相比，我們從無到有，把科技力量差距從落后一個世紀追趕到現(xiàn)今落后四年以內(nèi)，相信我們的科研團隊一定能追趕上去，創(chuàng)造有一個中國奇跡。