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1 # 有溫度的材料博士
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28nm工藝仍屬於成熟先進的晶片製程技術,不會落伍和被淘汰。
相比於IBM研發的2nm晶片,臺積電、三星的3nm、5nm工藝晶片,28nm晶片製程工藝適用性更強、應用面更廣、價效比更高而受到人們青睞。
一、人為、自然因素迭加造成28nm晶片供需失衡28nm作為晶片製程先進與成熟工藝的分水嶺,因價效比因素被視作突破摩爾定律的臨界點。
在微電子產業中,較長的生命週期使28nm工藝成為最關鍵的製程技術。因成熟度高、效能功耗比高及總體價效比高和適應性、安全性和穩定效能優異,被廣泛用於物聯網和人工智慧等領域和產業。
28nm工藝目前主要集中在臺積電、三星、英特爾、格芯(GF)、聯電和中芯國際、華虹電子等企業。其中臺積電市場份額佔據半壁江山,代工業務營收達到46.13億美元,收入佔比38%,產品被廣泛用於物聯網裝置、iOT、基帶、3C消費電子、各類電器、工業控制、汽車半導體等方面。
由於美國攪亂、截斷晶片生產供應鏈,和新冠疫情、自然災害、人為追逐高階晶片、廠商屯貨漲價等諸因素迭加,造成全球28nm晶片產能不足、供需失衡,使28nm工藝擴大產能成了迫在眉睫的需要。
二、科技進步、經濟發展,使人們主觀上加深了對28nm製程工藝的認識晶片的應用場景不是看尺寸,而是看應用需求。首先是從應用上確定晶片功能、效能、功耗三大指標,再選擇最具價效比的工藝。而先進製程工藝的晶片效能好,但成本也較高。
晶片小線寬的應用場景、是用電晶體數量實現複雜的邏輯運算,達到CPU、GPU高速的應用目的。是採用Fin FET工藝,但複雜度提升、成本亦相應提高。這對很多應用需求來說,28nm以下製程工藝屬效能過剩,沒有太大的應用價值。如空間通訊、高鐵、電動汽車、電網和220V的生活家電等等。
現今的邏輯器件,ArFi一次成型的極限是28nm,如要達到14nm、7nm需重複曝光和多次蝕刻,但不是難事。而28nm以下是契入摩爾定律失效的成本線,要將傳統的CMOS切換到Fin FET,元器件整合度更高、成本也大幅增加。如美國的CSET測算:臺積電用7nm加工的12寸晶圓價格為9346美元一片,採用5nm工藝則為16988美元一片,價格上升了45%。
28nm作為介於先進工藝和成熟工藝的臨界點,對多數晶片工藝而言都有較好的價效比。效能上、28nm較之前的成熟工藝,在功耗、尺寸、散熱等指標上更具優勢,成本也正好到位。
如中國目前最缺的不是7nm、5nm,而是55nm晶片。因為工控機主機板晶片、NB-IOT、驅動伺服IC、汽車ECU等晶片對效能和散熱沒有過高要求,但對成本要求較高,所以亟需是55nm製程工藝的晶片。
因此,28nm以上工藝仍將據中國50%還多的市場份額,即使5G射頻晶片、藍芽、可穿戴裝置、車規晶片等等,也都是在相對應的成熟工藝範圍內。
當然,28nm工藝這個臨界點不是固定的,如大批生產企業都突破、掌握了14nm、7nm工藝,那麼14nm或7nm就成為成熟工藝了。
隨著物聯網和5G商用化發展,各類資訊化產品研發勢頭、會帶動更多成熟工藝的產能,這是科技和經濟發展的趨勢。
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目前,全球市場處於缺芯的狀態,至2022年年底晶片供應還會很緊張。在此情況下,半導體代工廠投資擴產自是題中應有之義。然而,為何幾家代工大廠均將擴產的目光投在28奈米工藝節點之上呢?據半導體專家莫大康的介紹,半導體一向有“大小”節點之分。28奈米就是一個大節點。與40奈米工藝相比,28奈米柵密度更高、電晶體的速度提升了約50%,每次開關時的能耗則減小了50%。在成本幾乎相同的情況下,使用28奈米工藝可以給產品帶來更加良好的效能優勢。