28nm將在未來(lái)5年成為半導(dǎo)體應(yīng)用的長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)制程工藝

  28nm目前全球的晶圓代工狀況

  在摩爾定律的指引下，集成電路的線寬不斷縮小，基本上是按每?jī)赡昕s小至原尺寸的70%的步伐前進(jìn)。如2007年達(dá)到45nm，2009年達(dá)到32nm，2011年達(dá)到22nm。28nm工藝處于32nm和22nm之間，業(yè)界在更早的45nm(HKMG)工藝，在32nm處引入了第二代 high-k 絕緣層/金屬柵工藝，這些為28nm的逐步成熟打下了基礎(chǔ)。2013年是28nm制程的普及年，2015~2016年間，28nm工藝開始大規(guī)模用于手機(jī)應(yīng)用處理器和基帶。晶圓上平面設(shè)計(jì)的極限在28nm可以達(dá)到最優(yōu)化成本。相對(duì)于后續(xù)開始的16/14nm需要導(dǎo)入FinFET工藝，晶圓制造成本會(huì)上升至少50%以上，只有類似于手機(jī)這種有巨大體量的應(yīng)用領(lǐng)域可以分?jǐn)偝杀?。在許多非消費(fèi)類的相關(guān)應(yīng)用中，28nm的工藝穩(wěn)定性，以及性能和成本的參數(shù)，都是非常具有性價(jià)比的。

  隨著28nm工藝技術(shù)的成熟，28nm工藝產(chǎn)品市場(chǎng)需求量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并且這種高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)持續(xù)到2017年。2015年至2016年，28nm工藝主要應(yīng)用領(lǐng)域仍然為手機(jī)處理器和基帶。2017年之后，28nm工藝雖然在手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用有所下降，但在其他多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用迅速增加，如OTT盒子和智能電視等應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度較快。在全球的產(chǎn)能分布如下圖，巨大的產(chǎn)量?jī)?chǔ)備，也是為了未來(lái)更多新興應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展做儲(chǔ)備。

  Figure 1: Advanced technology capacity, 28 nanometer and below (includes 32-nanometer)

  Source: Omdia

  28nm目前國(guó)內(nèi)主要的芯片產(chǎn)品以及未來(lái)5年可能會(huì)導(dǎo)入的新的芯片產(chǎn)品

  從全球純晶圓代工的營(yíng)收趨勢(shì)來(lái)看，除去臺(tái)積電引領(lǐng)的最先進(jìn)工藝的高毛利，其他全球的晶圓廠營(yíng)收主要來(lái)自于穩(wěn)定成熟的工藝。純晶圓代工的企業(yè)中，聯(lián)電、Globalfoundry、SMIC等，在28nm(以及相關(guān)衍生工藝)上都有穩(wěn)步的性能提升及各種新產(chǎn)品的導(dǎo)入來(lái)滿足客戶不同需求。

  Source: Omdia

  據(jù)Omdia的觀察，以下產(chǎn)品將成為28nm產(chǎn)線的主流，并且綜合成本和性能考量，在比較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都會(huì)穩(wěn)定在28nm上生產(chǎn)。

  OLED Driver

  隨著手機(jī)配置的提升以及全球OLED面板產(chǎn)能的持續(xù)釋放，OLED的增長(zhǎng)將帶來(lái)OLED Driver的需求增量。目前OLED Driver主要集中在韓系廠商，28nm在未來(lái)3-5年即將成為高端OLED Driver的主流工藝(低功耗，SRAM面積更小)。

  Figure 3: Smartphone OLED long-term demands

  Connectivity Chips

  IoT的應(yīng)用爆發(fā)，傳統(tǒng)家電設(shè)備的升級(jí)，使得各種應(yīng)用終端上對(duì)于WIFI、藍(lán)牙等無(wú)線連接的需求增加，目前主流的無(wú)線連接技術(shù)都已經(jīng)向28nm技術(shù)遷移。未來(lái)工業(yè)及消費(fèi)類的升級(jí)，必然帶動(dòng)大量的無(wú)線連接需求。

  FPGA

  FPGA在各種專有應(yīng)用領(lǐng)域，如復(fù)合型計(jì)算中心、無(wú)線基站、自動(dòng)駕駛汽車等場(chǎng)景中，都有巨大的應(yīng)用空間。28nm的工藝無(wú)論從計(jì)算性能還是綜合功耗來(lái)看，都是比較優(yōu)化的選擇方案。

  Navigation (GNSS, Beidou, GPS)

  隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)北斗導(dǎo)航的組網(wǎng)成功，帶有北斗導(dǎo)航功能的應(yīng)用終端會(huì)越來(lái)越多。目前導(dǎo)航類的芯片尤其具備北斗性能的，都從28nm設(shè)計(jì)工藝起跳，未來(lái)應(yīng)用空間巨大。

  4G Transceiver

  雖然5G的手機(jī)進(jìn)入了快速成長(zhǎng)期，但是就全球而言，4G的手機(jī)銷量依然有巨大增長(zhǎng)空間，4G的Transceiver主流的設(shè)計(jì)工藝都是28nm。

  Edge Computing

  云邊結(jié)合，邊緣側(cè)本地計(jì)算的需求越來(lái)越多。目前邊緣側(cè)的計(jì)算一般都帶有簡(jiǎn)單的人工智能解析能力，28nm對(duì)于這種本地化數(shù)據(jù)采集以及初步邏輯計(jì)算能力相對(duì)較強(qiáng)的應(yīng)用場(chǎng)景而言，是非常具有優(yōu)勢(shì)的。

  NB-IoT, LoRA,Cat.1,eMTC

  具備IoT主流協(xié)議的SoC芯片，設(shè)計(jì)都以28nm為主，而且會(huì)成為長(zhǎng)期的主流選擇。

  新興應(yīng)用領(lǐng)域以及未來(lái)五年的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

  近年來(lái)，隨著手機(jī)上新的硬件升級(jí)以及物聯(lián)網(wǎng)的興起和普及，越來(lái)越多的新興應(yīng)用的產(chǎn)生，催生了28nm即將進(jìn)入下一個(gè)需求旺盛的周期。

  Source: Omdia

  結(jié)論

  28nm雖然是個(gè)很不錯(cuò)的高性價(jià)比制程，但各代工企業(yè)在該節(jié)點(diǎn)處的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，除了臺(tái)積電、聯(lián)電、三星、格芯及中芯國(guó)際之外，眼下華虹也加入了戰(zhàn)團(tuán)。

  由于摩爾定律發(fā)展到28nm工藝節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，出現(xiàn)了不同以往的情況，即從28nm開始，再向更高節(jié)點(diǎn)發(fā)展，如20、16、14、10、7nm等，集成電路中每個(gè)晶體管的成本不再下降，而是上升。

  當(dāng)然，在面對(duì)FinFET的挑戰(zhàn)，三星和Globalfoudry也先后推出了FD-SOI的技術(shù)。于SOI工藝來(lái)說(shuō)，28nm制程更具優(yōu)勢(shì)，可以撐很久，而且當(dāng)工藝再往前演進(jìn)時(shí)，SOI會(huì)越來(lái)越有優(yōu)勢(shì)。28nm算是一個(gè)分界點(diǎn)。到了這個(gè)節(jié)點(diǎn)，工藝可以很輕松地轉(zhuǎn)換到SOI。

  我們將看到，由于5G的商用，我們將要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)全面數(shù)字化的連接世界。芯片作為基礎(chǔ)化的基點(diǎn)，將越來(lái)越多被采用到各種技術(shù)升級(jí)及革新中。以手機(jī)為驅(qū)動(dòng)的先進(jìn)工藝的演進(jìn)和以萬(wàn)物互聯(lián)為訴求的無(wú)處不在的計(jì)算和連接將成為未來(lái)半導(dǎo)體的雙驅(qū)動(dòng)力。無(wú)疑，28nm會(huì)為構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)提供穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)供應(yīng)。