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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(shí)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(jié)構(gòu)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(dāng)于閘門，主要負(fù)責(zé)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(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(jī)型如三星 S10、OPPO Reno 和小米 9 等等都應(yīng)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(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。但是，當(dāng)柵極寬度逼近 20nm 時，就會遇到新的技術(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(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。
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(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券。至此，“中國芯”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(shí)現(xiàn)了從 28nm 到 14nm 的飛躍，而臺聯(lián)電為此耗費(fèi)了整整 5 年。
技術(shù)快速迭代，與中芯國際的高投入密切相關(guān)。2018 年，中芯國際向荷蘭 ASML 訂購了一套 EUV 設(shè)備（極紫外線光刻機(jī)），據(jù)傳是當(dāng)時最昂貴和最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工具，價值高達(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，這臺價值 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 155 片的 300mm 尺寸晶圓雕刻能力。這為中芯國際成功實(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，中芯國際距離 12nm、10nm 甚至 7nm 的時代也不會太遙遠(yuǎn)。
另一個讓中芯國際實(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)臺積電和三星分別突破了 28nm 以及 14nm 大關(guān)。在臺積電的 17 年中，梁孟松為臺積電創(chuàng)造了 500 項(xiàng)專利，對于臺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。
2017 年，梁孟松辭去了在三星的一切職務(wù)加入了中芯國際，他迅速帶領(lǐng)中芯國際在 2019 年初成功量產(chǎn)了第一顆 14nm“中國芯”，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)計年底會有幾家客戶進(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(biāo)準(zhǔn) 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(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(dǎo)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(dāng)下應(yīng)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(lǐng)域各項(xiàng)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(guān)鍵制程的把控，意味著國內(nèi)芯片設(shè)計企業(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“中國智造”。
雖說與目前最先進(jìn)的研發(fā)階段 5nm 芯片仍存在很大差距，但突破 14nm 技術(shù)難關(guān)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(shù)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(shù)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(shù)瓶頸，意味著我們掌握了制造 5nm 芯片的核心技術(shù)，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(jìn)軍高科技強(qiáng)國取得一張入場券。
與第一梯隊的 7nm 技術(shù)相比，我們從無到有，把科技力量差距從落后一個世紀(jì)追趕到現(xiàn)今落后四年以內(nèi)，相信我們的科研團(tuán)隊一定能追趕上去，創(chuàng)造有一個中國奇跡。
