7納米、14納米、28納米芯片制造工藝市場價值對比

2020年8月11日，近日，中芯國際公布了截至2020年6月30日未經(jīng)審計的第二季度財報。財報中顯示：

2020年第二季的銷售額為938.5百萬美元，相較于2020年第一季的904.9百萬美元增加3.7%，相較于2019年第二季的790.9百萬美元增加18.7%。

2020年第二季毛利為248.6百萬美元，較2020年第一季的233.6百萬美元增加6.4%，較2019年第二季的151.2百萬美元增加64.5%。

2020年第二季毛利率為26.5%，相比2020年第一季為25.8%，2019年第二季為19.1%。

從財報上看，中芯國際整體業(yè)績的表現(xiàn)還是很優(yōu)秀的。

28納米工藝的“黃金線”

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步，芯片制程越做越小，性能也在不斷提升。但并非所有芯片設(shè)計公司都會選擇最先進的半導(dǎo)體制造工藝。根據(jù)《2019集成電路行業(yè)研究報告》中的數(shù)據(jù)顯示，先進制程（28nm及以下工藝）占據(jù)了48%的市場份額，而其它成熟工藝則占據(jù)了52%的市場份額。如果將28nm工藝也視作“成熟工藝”的話，成熟工藝的市場份額就更大了。可以說，成熟工藝才是業(yè)界的主流。

在談28納米工藝之前，先提一下FinFET。FinFET（Fin Field-Effect Transistor）中文名為鰭式場效應(yīng)晶體管，是一種新的互補式金氧半導(dǎo)體晶體管。FinFET的命名是根據(jù)晶體管的形狀與魚鰭的相似性，中芯國際的14nm工藝就使用了這種結(jié)構(gòu)。

FinFET結(jié)構(gòu)示意圖

FinFET結(jié)構(gòu)的溝道區(qū)域是一個被柵極包裹的魚鰭狀半導(dǎo)體。從圖上源極到漏極方向上鰭的長度為溝道長度。柵極采用了包裹式的結(jié)構(gòu)，這樣增強了柵的控制能力，對溝道提供了更好的電學(xué)控制，從而降低了漏電流，抑制短溝道效應(yīng)。

通俗點說，如果把電流想象成水流，那么圖上的魚鰭狀半導(dǎo)體就是一根水管，源極和漏極就是水管的進水口和出水口，而中間的柵極則是水管閥門。

對于晶體管來說讓它導(dǎo)通電流比較簡單，如何讓它在關(guān)閉的時候還不漏電才是難點。所以FinFET結(jié)構(gòu)就是把溝道區(qū)域做薄來抑制漏電，就像是把水管做薄之后，中間的閥門只要輕輕一夾就能把水管完全關(guān)閉。

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造技術(shù)很難制造25納米以下的工藝，F(xiàn)inFET結(jié)構(gòu)就是為了解決這個問題而產(chǎn)生的。通常情況下制造25納米以下的工藝需要FinFET、FD-SOI或者其它更先進的技術(shù)。

使用FinFET可以讓芯片的性能變得更好，那么對于沒有使用FinFET結(jié)構(gòu)的28nm工藝和使用了FinFET的14nm工藝對比，是不是28nm工藝就不太好呢？

這要看評價角度了，評價一種半導(dǎo)體制造工藝的好壞并不能單單看性能、功耗。

數(shù)據(jù)來自《集成電路設(shè)計業(yè)的發(fā)展思路和政策建議》

根據(jù)《集成電路設(shè)計業(yè)的發(fā)展思路和政策建議》中的數(shù)據(jù)，14nm工藝開發(fā)成本遠遠超過28nm工藝。如果從成本角度看，使用了FinFET的14nm工藝在成本方面體現(xiàn)出了明顯的劣勢。

更何況不是所有的芯片都像CPU、GPU那樣需要極高的性能，很多芯片只是能夠?qū)崿F(xiàn)特定的功能就可以了，由此看來28納米工藝是一款極具“性價比”的工藝。如果一個芯片項目對于性能有一定要求但不是很高，并且需要控制成本。那么對于這類芯片來說，28納米工藝目前是一個非常好的“妥協(xié)點”。

7納米工藝的“高端圈子”

以臺積電7nm工藝為例，臺積電的7nm工藝分為第一代7nm工藝（N7）、第二代7nm工藝（N7P）、7nm EUV（N7+）。其中N7和N7P使用的是DUV光刻，但為了用DUV制作7nm工藝，它還使用了例如沉浸式光刻、多重曝光等技術(shù)。而N7+則直接使用了EUV光刻。所以說這三種7nm工藝雖然在性能、功耗等方面表現(xiàn)優(yōu)異，但成本都十分高昂。通常像華為、蘋果、AMD這樣的大廠才會使用。

數(shù)據(jù)來自臺積電

可以從數(shù)據(jù)中看出手機芯片和高性能計算芯片（例如CPU、GPU）一直在臺積電收入中占據(jù)了過半的比重。

電腦芯片對于性能有著較高的要求，所以電腦芯片設(shè)計廠商更傾向于使用“高端”工藝。而對于手機芯片來說，除了性能，功耗也是十分重要的參數(shù)。特別是在當(dāng)今電池技術(shù)發(fā)展緩慢的情況下，降低手機芯片的功耗可以大大提高手機的續(xù)航能力。因此手機芯片廠商也十分愿意追捧“高端”工藝。

夾縫中的中芯國際14納米工藝

對于中芯國際14nm工藝來說，向上有性能壓制的7nm工藝，向下又有性價比極高的28nm工藝，這種情況對于中芯國際的14nm工藝來說并不太友好。

數(shù)據(jù)來自中芯國際

在今年第一季度的財報中，中芯國際14nm工藝收入占比僅為1.3%,這種情況并不算太理想。

數(shù)據(jù)來自中芯國際

而在今年第二季度的財報中，中芯國際干脆沒有公示14nm工藝的收入占比，僅公示了14/28nm的占比數(shù)據(jù)。

圖片截取自中芯國際官網(wǎng)

雖說過去確實有人將14nm工藝和28nm工藝都算作先進工藝，但在中芯國際官網(wǎng)上明確的將14nm工藝列為先進邏輯技術(shù)，而將28nm工藝列為成熟邏輯技術(shù)。更何況中芯國際之前的財報都是將14nm工藝和28nm工藝占比分開統(tǒng)計，現(xiàn)在卻將一種“先進邏輯技術(shù)”和一種“成熟邏輯技術(shù)”強行放在一起統(tǒng)計，這種舉動顯然有些奇怪。不免會讓人認為中芯國際有意隱藏14nm工藝占比數(shù)據(jù)，或者是讓14nm工藝的占比數(shù)據(jù)更好看一些。

從目前的數(shù)據(jù)看，中芯國際14nm工藝的占比在非常緩慢的爬升，而且會在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)依舊保持一種較低的占比，短期內(nèi)無法成為盈利支柱。比起14nm，自家的28nm工藝收入占比更高，而且爬升速度更快，這種性價比更高的成熟工藝更容易盈利。

“遲到工藝”的窘境

數(shù)據(jù)來自各公司公開信息

從表格中可以看出，不少芯片制造廠商集中在2015年推出14nm工藝，業(yè)界標桿的臺積電也是在2015年推出了水平與業(yè)界14nm工藝相似的16nm工藝。在那時候14/16nm工藝是業(yè)界頂級工藝，各大芯片設(shè)計廠商紛紛追捧。

數(shù)據(jù)來自臺積電

以臺積電的數(shù)據(jù)為例，其16nm工藝的收入占比在以很快的速度下滑，而7nm工藝的占比則在快速提升。由此可見14/16nm工藝的市場火熱程度已大不如前。

在2019年的時候中芯國際才推出14nm工藝，但此時業(yè)界頂級工藝已經(jīng)開始向7nm工藝過渡。