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来源半导体行业观察在半导体制造领域10nm、7nm及更先进制程的竞争正在变得越来越不激烈其主要原因自然是投入巨大、风险高愿意进入的玩家越来越少目前只剩下台积电、三星和英特尔这三家了这里显然成为了卖方市场从各大客户为获得足够的台积电7nm产能而争破头这一点就可见一斑。我们知道在中高端领域市场上的主流制程工艺节点是22nm、16/14nm、10nm、7nm以及今后的5nm和3nm这些被称为主节点。而28nm、20nm、12nm、8nm等被称为半节点这些节点有很强的过渡属性。因此总体来讲它们的市场占有率相比于那些主节点要低。而28nm和12nm相对较为特殊28nm是因为具有绝佳的性价比因此应用面很广也非常成熟而12nm是典型的中端芯片制程工艺市场上有多家知名处理器厂商的中端产品都选用了该制程工艺这其中尤以手机处理器为最多。图源中信证券先进产能竞争不激烈而成熟的28nm制程则已经显得有些过剩。此时居于两者中间位置的14nm制程显然成为了当下的中坚力量承载着市场上绝大多数中高端芯片的制造特别是工业、汽车、物联网等拥有庞大的市场空间14nm制程正当其时。另一方面中国大陆手机市场庞大且中端和中低端占据着出货量的大头儿这就给了中端手机处理器芯片绝佳的发展机会相应的12nm制程技术的市场份额也就水涨船高了。目前来看14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造。对于各厂商而言该制程也是收入的主要来源特别是英特尔14nm是其目前的主要制程工艺以该公司的体量而言其带来的收入可想而知。而对于中国大陆本土的晶圆代工厂来说正在开发14nm制程技术距离量产时间也不远了。特别是中芯国际其中14nm已经进入客户风险量产阶段预期将在今年年底实现营收。这样在两三年后随着新产能的成熟14nm制程的市场格局值得期待。目前来看具有或即将具有14nm制程产能的厂商主要有7家分别是英特尔、台积电、三星、格罗方德、联电、中芯国际和华虹。下图所示为6家厂商的各种制程工艺量产时间其中绿色部分为14nm的。图源西南证券具备12nm制程技术能力的厂商很少主要有台积电、格芯原格罗方德GF、三星电子和联电。联电于2018年宣布停止12nm及更先进制程工艺的研发。因此目前来看全球晶圆代工市场12nm的主要玩家就是台积电、格芯和三星这三家这一点从近两年市场推出的各种芯片也可见一斑。0112nm制程芯片2018年8月华为发布了中端芯片麒麟710采用的就是12nm制程用在了当时的中端机型、在海外被称为Mate 20 Lite上。麒麟710由Cortex A73×4Cortex A53×4组成CPU主频为2.2GHzGPU为MaliG51。2018年5月联发科推出了中端芯片Helio P22采用台积电12nm FinFET工艺制造CPU为8核A53最高主频2.0GHz。GPU采用PowerVR GE8320频率650MHz最高支持1600x720209屏幕分辨率。2018年6月联发科推出的中端芯片Helio P60表现不凡吸引了OPPO和vivo等国产一线手机厂商的订单像OPPO R15、vivo X21i等机型都搭载了Helio P60处理器。这颗芯片同样是定位中端基于12nm制程工艺并加入了人工智能技术。2018年7月联发科又推出了Helio A 系列产品并称其把高端产品功能下放到了用户基数庞大的大众市场。该系列的首款产品为Helio A22同样采用12nm制程工艺搭配CorePilot技术内建主频2.0 GHz的4核Cortex–A53以及PowerVR GE图形处理器。在中国大陆紫光展锐最近几年在中端和中低端市场的拓展力度也很大并逐步扩大着市场占有率而在即将到来的5G市场该公司推出了春藤510采用了台积电12nm制程工艺同时支持SA独立组网和NSA非独立组网方式。可见联发科是12nm制程中端手机芯片的主要玩家来自DIGITIMES Research的统计和分析显示高通受中美贸易影响预计今年第3和第4季度出货量将分别较前季减少3.8%和2.7%高通强化自主架构芯片第4季度占高通整体出货比重有望提升至64.6%。从目前的形势来看华为很可能将中端机种AP转单联发科再加上OPPO、vivo等新品也多采用联发科的AP预计会带动后者今年第3季度AP出货量较前一季增加5.8%其中Cortex-A57以上平台出货比重至今年第4季度有望提升至39.2%。除了手机处理器之外2018年底AMD的显卡RX 590采用了12nm制程代工生产而这款产品的代工厂为格芯和三星两家。由于AMD与格芯的深厚关系其很多芯片都是由格芯代工的但随着格芯宣布退出10nm及更先进制程的研发和投入使得AMD不得不将先进产品分给了三星和台积电代工从而分散了格芯的订单。而在同一时期另一家显卡厂商NVIDIA则选择了台积电的12nm制程。02执着的英特尔与三星传绯闻自2015年正式推出14nm制程后英特尔已经对其依赖了4年的时间该制程也为这家半导体巨头带来了非常可观的收入。从Skylake14nm、Kaby Lake14nm、Coffee Lake14nm到2018年推出的14nm该公司一直在保持对14nm制程的更新。而英特尔原计划在2016年推出10nm但经历了多次延迟2019年才姗姗来迟从这里也可以看出该公司对14nm制程的倚重程度。同为14nm制程由于英特尔严格追求摩尔定律因此其制程的水平和严谨度是最高的就目前已发布的技术来看英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级。这里还可就具体的参数指标与三星和台积电做个比较英特尔于2014年发布了14nm制程其节点每平方毫米有3750万个晶体管台积电16nm制程该公司没有14nm制程但其16nm与市场上的14nm同级节点每平方毫米约有2900万个晶体管三星14nm节点每平方毫米约有3050万个晶体管。此外英特尔的14nm节点栅极长度为24nm优于台积电的33nm也优于三星的30nm。英特尔14nm节点的鳍片高度为53nm优于台积电的44nm以及三星的49nm。今年5月英特尔称将于第3季度增加14nm制程产能以解决CPU市场的缺货问题。然而英特尔公司自己的14nm产能已经满载因此该公司投入15亿美元用于扩大14nm产能预计可在今年第3季度增加产出。其14nm制程芯片主要在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂生产海外14nm晶圆厂是位于爱尔兰的Fab 24目前还在升级14nm工艺。三星方面该公司于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程先后为苹果和高通代工过高端手机处理器。目前来看其14nm产能市场占有率仅次于英特尔和台积电。前面提到英特尔的14nm产能吃紧已经难以满足市场需求在这样的背景下今年6月有媒体报道称三星和英特尔正在就14nm Rocket Lake芯片的生产进行谈判。自2018年下半年以来英特尔在升级和建立用于生产10nm芯片的新生产线方面投入了大量资金但要想扩大规模还需要几年时间。在此期间英特尔必须提高其14nm芯片的产量。因此传闻它将一部分CPU转由三星代工希望能够解决产能不足的问题。由于存储芯片市场疲软对三星的营收产生了很大影响因此三星的晶圆代工产能利用率下降想寻找新客户高通和英特尔是其主要的争取对象。据报道三星将于明年第四季度开始大规模生产英特尔的14nm Rocket Lake芯片如果此言不虚的话三星制造的首款CPU将于2021年上市。三星其晶圆代工路线图中原本是没有12nm工艺的只有11nm LPP。不过三星的11 LPP和格芯的12nm LP其实是“师出同门”都是对三星14nm改良的产物晶体管密度变化不大效能则有所增加。因此格芯的12nm LP与三星的12nm制程有非常多的共同之处这可能也是AMD找三星代工12nm产品的原因之一。AMD于去年推出了RX 590这是该公司首款12nm GPU。三星加入该产品的代工行列其12nm制程是为AMD定制化的是将原来的14nm制程进行版本优化的结果。另外AMD的第2代Ryzen处理器也是采用12nm制程工艺制造的。03不一样的台积电台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程。与三星和英特尔相比尽管它们的节点命名有所不同三星和英特尔是14nm台积电是16nm但在实际制程工艺水平上处于同一世代。到2018年第二季度台积电的16nm和20nm制程对该公司的营收贡献率为25%主要产品分为两大类一是逻辑器件包括中高端手机AP/SoC、基带芯片、CPU、GPU、矿机ASIC以及FPGA等二是射频芯片包括高端手机的WIFI、蓝牙、NFC芯片5G毫米波芯片以及汽车电子用芯片等。例如寒武纪的MLU100以及比特大陆开发的AI张量计算芯片BM1680均采用了台积电的16nm工艺制造。台积电的16nm制程经历了16nm FinFET、16FF和16FFC三代之后进入了第四代16nm制程技术此时台积电改变策略推出了改版制程也就是12nm技术用以吸引更多客户订单从而提升12吋晶圆厂的产能利用率。因此台积电的12nm制程就是其第四代16nm技术。与前几代相比12nm具备更低漏电特性和成本优势。与16nm相比12nm制程不仅拥有更高的晶体管密度而且在性能和功耗方面得到了进一步优化有较大的升级幅度。对于台积电来说推出12nm工艺不仅可以缓解10nm制程带来的订单紧张问题而且还能在市场营销上反击三星、格芯、中芯国际等对手的14nm工艺避免订单流失。04格芯与联电14nm制程占比有限2018年8月格芯宣布放弃7nm LP制程研发将更多资源投入到12nm和14nm制程。据悉格芯制定了两条工艺路线图一是FinFET这方面该公司有14LPP和新的12LPP14LPP到7LP的过渡版本。12LPP主要针对人工智能、虚拟现实、智能手机、网络基础设施等应用利用了格芯在纽约萨拉托加县Fab 8的专业技术该工厂自2016年初以来一直在大规模量产格芯的14nm FinFET产品二是FD-SOI格芯目前在产的是22FDX当客户需要时还会发布12FDX。由于许多连接设备既需要高度集成又要求具有更灵活的性能和功耗而这是FinFET难以实现的12FDX则提供了一种替代路径可以实现比FinFET产品功耗更低、成本更低、射频集成更优。数据显示格芯的12FDX制程能够以低于16nm FinFET 制程的功耗和成本提供等同于10nm FinFET的性能并且支持全节点缩放使性能比FinFET 制程提升15%功耗降低50%。而掩模成本也比10nm FinFET减少40%。格芯的12FDX制程在号称成本、功耗等方面都优于台积电主力16nm制程的情况下台积电推出了第四代16nm制程也就是12nm制程使得双方的竞争进一步加剧而格芯12FDX的量产时间要比台积电的12nm制程晚一些这些对于12FDX来说在后续的市场竞争中是个不小的考验。目前格芯正在大力推广其12nm制程。该公司宣布开发出了基于Arm的3D高密度测试芯片该芯片采用GF的12nm FinFET工艺制造采用3D的Arm网状互连技术允许数据更直接地通往其他内核最大限度地减少延迟。格芯表示他们的方法可以在每平方毫米上实现多达100万个3D连接使其具有高度可扩展性并有望延长12nm工艺的寿命。目前来看相对于7nm12nm工艺更加成熟、稳定因此目前在3D空间上开发芯片更容易而不必担心如7nm制程可能带来的问题。联电方面该公司位于台南的Fab 12A于2002年进入量产目前已运用14nm制程为客户代工产品。然而联电的14nm制程占比只有3%左右并不是其主力产线。这与该公司的发展策略直接相关联电重点发展特殊工艺无论是8吋厂还是12吋该公司会聚焦在各种新的特殊工艺发展上尤其是针对物联网、5G和汽车电子这些在未来具有巨大市场和发展前景的应用领域联电的汽车电子业务最近几年的年增长率都超过了30%。包括RF、MEMS、LCD Driver IC、OLED Driver IC等领域。14nm FinFET制程方面联电于2017年初开始量产该公司还开发了第二套14nm平台但是在继续投资14nm制程方面该公司持保守态度。05中国大陆14nm制程呼之欲出相对于美、韩和台湾地区中国大陆在14nm制程方面是绝对的跟随者经过多年的研发努力取得了一定的突破距离量产时间也不远了有望于2020年实现中芯国际将扮演主要的推动者其次是华虹集团的华力微电子。中芯国际方面其14nm FinFET已进入客户试验阶段2019年第二季在上海工厂投入新设备规划下半年进入量产阶段未来其首个14nm制程客户很可能是手机芯片厂商。据悉2019年中芯国际的资本支出由2018年的18亿美元提升到了22亿美元。2019年2月中芯国际联席首席执行官梁孟松指出“我们努力建立先进工艺全方位的解决方案特别专注在FinFET技术的基础打造平台的开展以及客户关系的搭建。目前中芯国际14nm技术进入客户验证阶段产品可靠度与良率已进一步提升。同时12nm的工艺开发也取得突破。”据悉中芯国际14nm制程量产主要分三个阶段第一阶段是成本ASP第二阶段成本与ASP相抵第三阶段成本ASP。这三个阶段需要控制产能逐步爬升产品品类也需要慎重选择。第一阶段主要聚焦高端客户、多媒体应用等第二阶段聚焦中低端移动应用并且在 AI、矿机、区块链等应用有所准备。第三阶段为实现高 ASP会发展射频应用。华力微电子方面在年初的SEMICON China 2019先进制造论坛上该公司研发副总裁邵华发表演讲时表示华力微电子今年年底将量产28nm HKC工艺2020年底将量产14nm FinFET工艺。06结语目前来看英特尔、三星和台积电依然是14nm制程的主力军也是它们主要的营收来源其次是格芯和联电但这两家的14nm产能相对来说很有限而且也不是它们的发展重点。因此在这个有巨大营收规模的市场前三大玩家都在积极发展10nm、7nm及更先进制程第四和第五玩家的产能又很有限的情况下给了我国本土晶圆代工厂商不错的发展机遇关键是要抓紧时间量产并保证产能和良率。只要跟对了时间点还是大有可为的。12nm制程本来不是一个竞争激烈的领域但随着格芯对其重视程度的提升以及台积电的强势杀入另外市场需求特别是中国大陆地区中端手机处理器需求的上涨使得这一板块在未来的两三年很有看头。另外别忘了中芯国际不仅14nm FinFET制程已进入客户风险量产阶段而且在2019年第一季度其12nm制程工艺开发进入客户导入阶段第二代FinFET N1研发取得突破进度超过预期同时上海中芯南方FinFET工厂顺利建造完成进入产能布建阶段。这意味着用不了多久一个新的12nm制程玩家将杀入战团新的竞争局面和变数值得期待。张亚勤、刘慈欣、周鸿祎、王飞跃、约翰.翰兹联合推荐这是一部力图破解21世纪前沿科技大爆发背后的规律与秘密深度解读数十亿群体智能与数百亿机器智能如何经过50年形成互联网大脑模型详细阐述互联网大脑为代表的超级智能如何深刻影响人类社会、产业与科技未来的最新著作。《崛起的超级智能;互联网大脑如何影响科技未来》2019年7月中信出版社出版。刘锋著。了解详情请点击【新书】崛起的超级智能互联网大脑如何影响科技未来未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
