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年底赶上英特尔?中芯国际砸154亿全力冲击7nm制程
时间:2020-03-24 22:00    来源:未知    作者:admin

  作为中国规模最大技术最先进的晶圆代工企业,中芯国际在疫情期间不但没有停产,还迎来了一连串的好消息:

  年初,中芯国际扩大了14nm芯片产能,拿下华为海思14nm订单;前几日,从荷兰进口的重要设备——一台大型ASML光刻机已顺利进入深圳厂区,用于企业复工复产后的生产线扩容;更重磅的消息是,除了14nm以外,7nm也在中芯国际2020年度的规划之中。

  今年2月,中芯国际发布2019年第四季度财报,第四季度的营收达到8.39亿美元,同环比均有增长。当季产能利用率高达98.8%,比上年高9个百分点,接近满载运转。由于产能提高,毛利同比增长48.7%,达1.99亿美元。

  财报中,最亮眼的成果要数2019年成功量产的14nm芯片,首次贡献了1%的营收,约合768.9万美元。

  接下来,中芯南方厂将继续扩大14nm的产量和产能,建成两条月产能均为3.5万片的集成电路生产线。

  14nm,普遍被业界视为集成电路制造工艺拐点,目前全球成功拿下14nm制程节点的晶圆厂仅5家:台积电、三星、英特尔、格罗方德和中芯国际。

  这一制程可广泛应用在智能手机、AI芯片、区块链、物联网芯片、矿机芯片、5G射频芯片等一系列当下热门新硬件的设计开发之中,而随着“新基建”这一利好半导体行业的时代机遇来临时,中芯有很大概率能进阶成为全球业界的主流玩家。

  不仅如此,国内追求先进制程的厂商,在贸易争端的背景下开始考虑保障供应链安全,也都纷纷转向本土芯片代工厂,这也为中芯国际创造了前所未有的机遇。

  以华为海思为例,原由台积电代工生产的麒麟710芯片就已经转单至中芯国际,这款2018年推出的中端芯片,综合性能与高通骁龙660相当,目前主要用于华为和荣耀系列的千元机,如荣耀8X、华为畅享9 Plus和华为Nova 3i之中。

  中芯国际2019年第四季度财报会议上,联席首席执行官梁孟松博士还首次公开中芯国际N+1、N+2代工艺的情况。

  梁孟松表示,N+1制程芯片作为中芯国际第一代FinFET制程14nm的后继者,其性能将提高20%,功耗降低57%,逻辑面积减少63%,SoC面积减少55%。

  也就是说,第二代FinFET制程N+1芯片的晶体管和电阻元器件密度,将会是14nm的两倍以上,这实际与7nm制程工艺已经非常接近。

  唯一的差距,在于性能提升率不及7nm,从14nm到7nm性能提升的业界标准为35%,因此中芯国际的N+1性能还追不上7nm,所以N+1芯片主要面向的是低功耗应用。

  不过在N+1之后,中芯国际还将推出N+2工艺制程芯片,两者在工艺功耗上表现差不多,但区别在于性能及成本,N+2性能更强,而成本也会增加。

  据中芯国际透露,2019年第四季度N+1芯片已进入设计下线送交制造(New Tape-out)阶段,目前正处于客户产品认证期,预计2020年第四季度可以小量产出。

  7nm是当下已大规模量产的最先进芯片制程,它广泛地应用在了高通骁龙855、华为麒麟990、AMD Zen 2这些系统级芯片中。而在7nm领域,仅有台积电和三星两大“高阶玩家”,它们位列全球半导体行业的第一阵营。

  据台积电披露,2019年,7nm芯片代工所带来的营收已占全部营收的 27%,成为全部制程领域中最大的收入来源,产能被苹果、高通、华为等大厂所包揽。今年第二季度,台积电预计将量产5nm芯片,并已经拿下苹果A14处理器的全部订单。

  为攻克7nm制程,台积电曾耗费近两年时间。而曾经的“CPU霸主”英特尔也停滞在14nm长达5年之久,去年才推出10nm处理器Ice Lake,更不用提7nm。

  近日,英特尔公开承认从工艺制程上来看,已经落后于台积电,并计划加速投入研发迎头赶上,预计最快将在2021年拿下7nm节点。

  由此可见,中芯国际如果能在年内顺利推出制程与7nm相当的N+1芯片,哪怕是小规模的试产,也有望领先英特尔,全面赶超国际晶圆厂里第二梯队的台联电、格罗方德,跻身全球半导体领域的第一阵营。

  一方面继续扩大14nm产能,一方面着力突破N+1、N+2的芯片工艺,2020年对于中芯国际而言,眼下正处于关键时期。而为了追赶国际先进制程技术,中芯投入大量资金购置设备。

  自今年1月开始,中芯国际就宣布了多个设备进口大单:1月24日,中芯国际宣布与荷兰ASML签订协议,将耗资5.39亿美元进购新一批生产晶圆所用机器;2月19日,中芯国际宣布斥资6.01亿美元,向半导体工艺设备生产商泛林集团(Lam Research)订购一系列包括蚀刻工具等设备;3月2日,中芯国际再次披露与全球最大半导体材料供应商应用材料公司(Applied Materials),以及日本半导体厂商东京电子(TEL)的两大订单,总价值分别为5.43和5.51亿美元。

  3个月不到,四个设备订单总计价值超过22亿美元,约合154亿元人民币,这样的重金投入,预示着中芯国际在今年即将全面提速,实现新一轮的产能和产品升级。

  3月4日,已经有一台来自荷兰ASML的大型光刻机进入深圳厂区,但并非外界所关心的应用于10nm以下先进制程的极紫外(EUV)光刻机,而是一台“常规设备”。

  路透社报道,今年1月份,特朗普政府以“”为由向荷兰政府施压,阻止ASML向中国出售芯片制造技术和设备。因此,这台自2018年就已下单,且耗资达1.5亿美元的EUV光刻机迟迟没有到货。

  关键设备EUV光刻机未能如期上线,是中芯国际工艺升级道路上的一个重大障碍。但梁孟松博士表示,今年中芯国际即将推出的N+1、N+2芯片将不会用到EUV工艺,等到设备就绪之后,N+2才会转向EUV工艺。

  事实上,深紫外(DUV)光刻机已经可以满足7nm芯片的量产要求,台积电的第二代7nm芯片才开始引入EUV工艺,而最初的一代用的就是DUV工艺,而DUV光刻设备中芯国际已有储备。

  相比EUV工艺,DUV工艺生产需要多重曝光技术的加持,这虽然会对芯片的良率带来新的挑战,但中芯国际似乎已准备好走这样的路线。

  从去年年底成功量产14nm,到今年年内实现7nm的目标,这样快速的制程迭代对于中芯国际而言将是一场前所未有的考验。

  要知道,台积电实现这一跨越用了2年,而三星花费了3年。在中芯国际巨大的投入之下,进展不及预期的风险和技术攻坚的压力同在,2020年中芯国际有了一个不错的开局,而要赢得接下来的胜利,一切才刚刚开始。

  不仅如此,在美国技术制裁的大背景之下,中芯国际也可能成为美国限制的对象。在光刻机、晶圆材料严重依赖进口的情况下,中芯国际在新制程的研发中,也要保证吃透技术,避免出现被卡脖子的情况。

  作为“中国芯”的行业标杆,中芯国际的不断赶超,工艺和产能的每一步突破,都是中国芯片产业不断发展的缩影。

  据调查机构SEMI发布的《2018年中国半导体展望报告》显示,中国芯片产能增速已居于世界首位,并在半导体领域迅速缩小与世界先进水平的差距。

  自2017年到2020年,中国预计将比世界上任何其他国家和地区更快速地成立更多的芯片和半导体生产和制造企业,扩大本土的芯片产能。

  据SEMI数据统计,中国芯片企业产能将以12%的复合年增长率增加,2020年增长到每月400万片晶圆,为5年前的1.7倍。

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