前兩篇說了一大堆,無非論證了,除了大家熟悉的xx納米(線寬)越小制程越先進,評價目前半導體制程水平還有兩點:Poly/SiON柵極和HKMG柵極的檔次差距,以及如果同樣是HKMG柵極的情況下,采用前柵極工藝(gate-first)和后柵極工藝(gate-last)對芯片在實際應(yīng)用時的影響。
這里再總結(jié)一下:
(1)與poly/SiON相比,使用HKMG柵極,晶體管能做的更小,漏電也更少
(2)在高性能/低功耗方面,使用后柵極工藝HKMG柵極的芯片較好
可能大家會提到FinEFT即3D晶體管,這個是整個晶體管層面上的創(chuàng)新(三柵極晶體管),而之前我們討論的、無論是關(guān)于HKMG柵極和poly/SiON柵極,還是gate-first/gate-last工藝,創(chuàng)新僅僅局限在傳統(tǒng)晶體管的柵極上。考慮到目前只有Intel 一家實現(xiàn)了3D晶體管的大規(guī)模量產(chǎn)和實用,其他廠商完全與其不在一個檔次上,而此文的主要目的是比較臺積電、Globalfoundries、三星目前半導體制程工藝的優(yōu)劣,所以就不再深究FinEFT的影響了。
臺積電28nm制程工藝分布情況
臺積電目前四種適應(yīng)不同市場定位設(shè)備的28nm工藝,其中HP、HPL、HPM皆采用了HKMG柵極和后柵極工藝,而LP采用了poly/SiON柵極和前柵極工藝。所以,綜合來看,HPM最好,LP最差。
參照上圖,性能方面HPM>HP>HPL>LP,漏電HPL<HPM<LP<HP。
實用層面,高通MSM8960 Snapdragon S4使用的就是28nm LP工藝,而紅米吹噓的聯(lián)發(fā)科四核芯片MT6589T也是臺積電最差的28nm LP工藝。
HPM的實用典范則是高通的驍龍800。最近MTK(聯(lián)發(fā)科)發(fā)展勢頭驚人,已經(jīng)曝光的下一代四核芯片MT6588和八核芯片MT6592將采用臺積電28nm級別綜合最好的HPM工藝。
英偉達A15核心的Tegra 4使用的是漏電最少的HPL,看來為了控制A15的功耗,英偉達也只有在制程工藝上彌補了。
GlobalFoundries的28/32nm 制程工藝情況
Globalfoundries四種28nm制程工藝和單獨列出的32nm制程,皆是gate-first即前柵極工藝,可見其目前的制造水準。
這里不得不八卦一下,Globalfoundries最初成立是依靠從AMD分離出來的晶圓制造廠,后來獲得中東超富產(chǎn)油小國的Advanced Technology Investment Company(ATIC)公司投資入股,到最后ATIC全資入股,所以Globalfoundries燒錢起來是毫不吝嗇的。中東富豪投資這一行,花錢起來讓人側(cè)目,但似乎并不怎么上進。
如上表,32nm級別的SHP和28nm級別的HPP、HP、SLP都是HKMG柵極,而G(unoffical)則是傳統(tǒng)的Poly/SiON。客戶一欄里我們也可以發(fā)現(xiàn),Globalfoundries主要客戶還是AMD。
另外,據(jù)說Globalfoundires依靠價格優(yōu)勢以及臺積電產(chǎn)能不足,今年第三季度從臺積電那里分流了點MTK(聯(lián)發(fā)科)和高通的28nm級芯片的訂單,具體用在哪些產(chǎn)品上,筆者并不清楚,但可以肯定的是,這些芯片的品質(zhì)非常一般。
三星也傳出把Globalfoundries當做是“后備工廠”,因為目前三星的晶圓工廠已無法同時滿足自家芯片和蘋果A系列移動芯片的需求,就把一部分訂單轉(zhuǎn)包給了Globalfoundries。蘋果整天吵著要“脫離”三星,事實上,三星根本無所謂,你脫離了反倒釋放了產(chǎn)能,可以給自己的產(chǎn)品集中供貨。
三星 28/32nm制程工藝情況
三星目前的28nm級別制程使用的是HKMG柵極,但是是前柵極工藝。自家的Exyons 5系列芯片和蘋果的A7,都是采用的此種工藝。
但是千萬別以此小看了三星。早在業(yè)界進入HKMG時代之初,三星聲明支持前柵極工藝卻秘密研發(fā)后柵極工藝,下一代無20nm/14nm全面使用后柵極工藝應(yīng)該是板上釘釘了。
還有更驚人的,三星的14nm級FinEFT即3D晶體管早在2012年年底就已經(jīng)流片成功,相傳明年旗艦Galaxy s5上的Exyons 6系列芯片就使用這種工藝制造,而量產(chǎn)時間點,就在明年2014年年初!相比之下,目前晶圓代工市場份額最大的臺積電,其產(chǎn)品路線圖顯示2015年才會量產(chǎn)3D晶體管芯片。而Globalfoundries,在三星已經(jīng)流片14nm FinEFT晶圓成功的前幾個月,才剛剛宣布14nm 3D晶體管的研發(fā)計劃。
如果傳言屬實,三星進步神速不但會在技術(shù)上最接近Intel,最先進制程的大規(guī)模量產(chǎn)實用層面,則一舉超過包括Intel、臺積電和Globalfoundries。未來一年將是晶圓代工市場格局發(fā)生關(guān)鍵性轉(zhuǎn)折的一年,三星無論在技術(shù)上、還是率先大規(guī)模實用最先進制程工藝上,很可能一鳴驚人,就此逆轉(zhuǎn)老3的地位。
至于蘋果要脫離三星,圈內(nèi)稍微有點常識的都知道,這對蘋果來說是得不償失,只能在媒體上吹風而已。把訂單交給臺積電,臺積電不愿承擔風險,為臺積電增加投資和補貼意味著抬高成本;而把訂單交給GlobalFoundries,GF如此懶散不求上進的“土豪”,無論是大規(guī)模量產(chǎn)供貨上,還是產(chǎn)品技術(shù)品質(zhì),都競爭不過勤奮的亞洲人。Intel ?蘋果得看別人的心情。[!--empirenews.page--]
總結(jié)
Intel在后PC時代還是保持著Tick-Tock的節(jié)奏,這幾年在制程級別的代級領(lǐng)先和更先進的工藝技術(shù),還是前幾年積累的。競爭對手與其差距正在慢慢縮小。其中,三星尤其值得警惕。
晶圓制造領(lǐng)域Intel 之外的其他廠商,臺積電的表現(xiàn)算是穩(wěn)扎穩(wěn)打,但基于贏利/商業(yè)利益的考量,技術(shù)演進的速度還是過于保守了??垮X堆起來的Globalfoundries 開始有了起色,正在慢慢走向成熟,但土豪的氣質(zhì)依然未變,靠腳底下石油不愁吃不愁穿的阿拉伯人,最欠缺的其實是亞洲人的上進心/危機感。
三星的話,不多說了,看不久的將來會發(fā)生什么吧。