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光刻机迟迟未到,中芯国际跃障冲刺7nm丨高见新知解案例

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高见新知
张伟超
2020-03-27 · 10:17
[ 高见新知导读 ] “中国芯”要想崛起,提升芯片制造水平是当务之急。但光刻机迟迟未到,冲刺7nm挑战巨大。
芯片,中芯国际,台积电,光刻机,芯片代工,晶圆制造 图片来自“高见新知网”

芯片产业链可划分为:设计、制造、封装测试三个部分。集成电路产业一直是我国的短板。但经过这一二十年的不断追赶,我国在芯片设计与封装测试领域,并没有落后太多。

A股上市的芯片企业在设计与封装测试这两大环节的技术已经达到行业的领先水平,但是大陆本土的芯片制造企业与如今最先进的芯片制造商相比还有明显代际差距。与国际领先水平相比,中国大陆的芯片制造企业至少落后3-5年,工艺制程落后了大约3代。“中国芯”要想崛起,提升芯片制造水平是当务之急。   

拓墣产业研究院近日发布了2020年一季度前5大芯片代工企业营收排名。排名第一的是台积电,其市场份额高达54.1%,营收同比增长43.7%,是当之无愧的霸主。韩国三星与美国格芯分列二三。第四名是联电,份额为7.4%,与格芯相当。作为大陆企业优秀代表的中芯国际暂列第五,份额为4.5%,同比增长27%。 

艰难坎坷,打破空白

中芯国际的发展史与我国集成电路行业发展史一样坎坷。 

2000年,被誉为华人半导体界第三号人物的张汝京,前往上海创办了中芯国际,在大陆芯片代工产业开始“拓荒”。当时的大陆半导体产业落后于世界平均水平“至少20年”。 

作为拓荒者,中芯国际面对许多困难。 

首先,我国在半导体技术上几乎完全空白。刚到大陆的张汝京发现,大陆仅有的几家芯片企业都采用了全球芯片行业主流的IDM模式。但它们的体量远小于英特尔这类大型芯片制造商。这是它们工艺落后、运营效率低的重要原因。 

其次,当时国内极度缺乏半导体制造设备领域的人才。所幸,张汝京带来了昔日旧部,还有当时世界上最先进的集成电路制造设备和主流工艺技术,我国芯片代工制造才得以走出“蛮荒”。张汝京为大陆芯片制造业发展做出了巨大贡献。 

成立仅仅几年时间,中芯国际便一路高歌猛进,挤入全球前三甲。 

中芯国际的成功,也给中国半导体行业带来了一些不一样的色彩。此前中国半导体行业发展主要依靠政府资金,而中芯国际没有利用国家资金,而是采用市场化的方式运作,闯出了中国半导体发展的一条全新道路。 

2004年,中芯国际于纽约、香港两地同时上市。但好景不长,中芯国际很快就面临“内忧外患”。于“外”:中芯国际受到西方国家瓦圣纳条约的技术封锁、在与芯片制造龙头企业——台积电的专利诉讼中落败;于“内”:公司资金链断裂、连续九年亏损,甚至创始人张汝京被“踢”出局。中芯国际一度在风雨中飘摇。 

但中芯国际并没有被击倒,在逆境中,它一步步发展成为大陆芯片制造第一企业,并再次向世界先进制程发起冲锋。 

越过光刻机,冲刺7nm

制程,指的是芯片内电路与电路之间的距离。在生产CPU的过程中,集成电路的精细度、精度越高,生产工艺就越先进。制程是微电子技术发展与进步的重要指标,芯片制程越高,意味着芯片可以拥有更复杂的电路设计,不仅芯片性能得以提升,而且功耗也能大幅降低。 

目前,除了台积电、英特尔、三星等世界顶尖厂商在积极追逐10nm、7nm、5nm甚至更先进的制程,由于技术和资金的问题,联电和格芯已经放缓了革新的脚步,这对于中国本土的晶圆厂而言,是个不错的发展机遇。中芯国际这些年在工艺的突破频频告捷,国产芯片崛起可期。 

中芯国际2019年Q4财报显示,在工艺上,中芯国际的收入占比分别是,150/180nm占比35.8%、55/65nm 占比29.3%、40/45nm占比18.5%。虽然目前占营收头部的依然是成熟的150/180nm、55/65nm工艺,最先进的28nm工艺占比只有4.3%,不过相比上季度的2.8%已经开始增长。 

2019年,中芯国际已宣布量产14nm芯片。且细看中芯国际的工艺研发路线可以发现,中芯国际在14nm量产后,可能会跳过10nm工艺,朝7nm的目标迈进。 

中芯国际此前多次表示:中芯国际的下一代工艺是N+1工艺。虽然中芯国际没有透露具体细节,只是称下一代工艺与14nm相比,性能提升了20%,功耗降低了57%,逻辑面积缩小了63%,SoC面积减少了55%。 

换算下来,这正是7nm的技术标准。 

一直以来,英特尔是按照单位面积内晶体管的数量来判断芯片工艺的标准。英特尔10nm芯片一个单位占面积54*44nm,每平方毫米1.008亿个晶体管;台积电7nm芯片一个单位占面积57*40nm,每平方毫米1.0123亿个晶体管。而中芯国际的N+1代工艺,也达到了7nm的标准。 

如果中芯国际能试产N+1工艺芯片,或能够小批量生产N+1工艺芯片,中芯国际将成为全球第三家掌握10nm以下工艺的芯片代工企业。 

除此之外,中芯国际的FinFET技术研发也在不断向前推进。第一代FinFET(14nm)已成功量产,第二代FinFET(12nm工艺)正在研发稳步推进。 

前段时间,荷兰ASML的EUV光刻机禁运中芯国际事件,又将光刻机这一重要设备推向风口浪尖。中芯国际与国际最先进的芯片制造水平只有一两代工艺的差距。目前,中芯国际已经成功掌握FinFET技术,未来只要掌握了 EUV 技术,中芯国际就可以与台积电站在同一起跑线上,但EUV光刻机却迟迟未到。 

但中芯国际CEO梁孟松多次表示,目前中芯国际无需EUV光刻机,也能实现7nm工艺的生产,台积电第一代7nm工艺芯片也没有使用EUV光刻机,但是之后的5nm、3nm工艺的芯片制造则必须使用EUV光刻机。 

如果中芯国际真的能迎来7nm的量产,在未来5年内,中芯国际将有望成为中国内地的下一个“台积电”。

本文编辑:唐钰婷

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