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晶圆代工五虎全线出击

晰数塔互联网快讯
2021-05-11 09:36

编者按：本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID:icbank），作者：疯狂的芯片，36氪经授权发布。

市场对晶圆代工产能的需求从未像当下这么强烈，从成熟制程到先进制程，几乎全线处于供不应求的状态。在这种情况下，能够通吃成熟和先进制程的晶圆代工厂就可以在市场上处于优势地位，谁覆盖的面更广，谁就能在竞争中占据上风。从排名来看，也基本体现出了这样的局面，特别是全球排名前五的晶圆代工厂，分别是台积电、三星、联电、格芯、中芯国际。这几家都有成熟制程和先进制程产线，但所占比例各不相同，其中，台积电的先进制程最强，所占比重最高，三星紧随其后，这是它们排名前二的重要原因；联电和格芯都以成熟制程为主，有一部分先进制程；中芯国际则以成熟制程为主，先进制程总体处于生长、起步阶段。

以节点来看，成熟制程和先进制程很难有明确的划分，本文则以28nm为分界线，小于28nm的节点为先进制程，反之则为成熟制程，另外，每家公司都有各自的特殊制程，相应的节点会分布在28nm左右两侧。下面就看一下全球晶圆代工“五虎”近一年内在成熟和先进制程方面的发展和表现。

台积电

提到台积电，先进制程已经成为了该公司的名片，特别是7nm、5nm和3nm。

7nm方面，台积电已经在这个节点上获得了超过200个NTO，且大多投入量产。台积电已经生产了超过10亿颗7nm芯片。在7nm时代，台积电还率先推出了使用EUV技术的7nm+工艺。在7nm基础上，该公司推出了6nm工艺，这个平台的一个主要特点是与7nm工艺平台兼容，这样，客户很容易把7nm的设计移植到6nm。

2020年，台积电实现了5nm的量产，与7nm相比，新工艺的速度提升了15%，功耗降低了30%，而逻辑密度则是前者的1.8倍。在良率方面，新工艺的进展也非常顺利。与此同时，该公司还推出了增强版的N5P工艺制程，晶体管的速度提升了5%，功耗降低了10%，这将给HPC带来新的机会。

此外，台积电还基于N5平台推出了N4工艺，其速度、功耗和密度都有了改善。其最大的优势同样是在于其与N5的兼容，使用5nm工艺设计的产品能够轻易地转移到4nm的平台上。这也能保证台积电客户在每一代的投资，都能获得更好的效益。N4试产将在2021年第四季度，而量产将会在2022年实现。

目前，台积电正在为3nm制程工艺量产做着准备，在这代工艺上，台积电会继续采用FinFET。与5nm相比，台积电3nm的速度将提升10%到15%，功耗将提升25%到30%，逻辑密度将是前者的1.7倍，SRAM密度也将能提升20%，就连模拟密度也提升了10%。根据台积电规划，3nm工艺将在2022年下半年进行量产。

台积电不仅在先进制程方面处于霸主地位，在成熟和特殊制程领域同样名列前茅。台积电能提供MEMS、图像传感器、嵌入式NVM，RF、模拟、高电压和BCD功率IC等制程工艺。台积电在基本的逻辑技术基础上，会加上先进的ULL&SRAM、RF&Analog及eNVM技术，实现低功耗以及模拟技术的提升。

为了实现低功耗，台积电可提供0.18um eLL、90nm ULP、55ULP等制程，同时，台积电还推出了最新的FinFET技术-N12e，可以打造高效高能的产品。

台积电在Sensor，Stacking和ASIC（ISP）方面都在延续自己的技术。Sensor方面从N65BSI 一直到N65BSI，Stacking方面，则是从BSI到Advanced Pixel Level Stack，ASIC（ISP）则是从N90LP到N65LP。

三星

在先进制程方面，三星是唯一能冲击台积电的晶圆代工厂。继7nm之后，三星正在5nm制程方面向台积电发动着攻击。

三星的5nm制程于2020年第三季度实现量产，稍晚于台积电，但相差不多。三星的5LPE（5nm低功耗早期）制造技术是该公司7LPP（7nm低功耗性能）制造工艺的改进，该工艺已经使用了两年。

与7LPP相比，5LPE增强了EUV光刻工具的使用，以提供10％的性能提升（在相同的功率和复杂度下）或20％的功耗降低（在相同的时钟和复杂度下），并减少约25％的面积。5LPE在原始工艺中增加了几个新模块，包括具有智能扩散中断（Smart Diffusion Break：SDB）隔离结构的FinFET，以提供额外的性能。

三星表示，5LPE在很大程度上与7LPP兼容，这使5LPE设计可以复用IP，从而降低了成本并加快了上市时间。

三星首批5LPE芯片是在其位于韩国华城的第一条 EUV专用V1生产线上生产的。从2021年下半年开始，这项技术将在三星平泽新产线中使用。

3nm 制程方面，三星计划于2022年下半年量产，这也是在对标台积电。

在成熟制程方面，三星目前有四条产线，包括三条12英寸和一条8英寸的，12英寸晶圆代工线分布在韩国和美国，主要针对相对高端的制程工艺，包括65nm、45nm、32/28nm HKMG、14nm FinFET工艺。8英寸晶圆代工线于2016年开放，涵盖180nm到65nm节点，主要用于eFlash、功率器件、CIS，以及高压制程等。

联电

自从调整经营策略后，联电专注成熟和特殊制程技术，并从强化财务结构、具成本竞争力的产能扩充及调整产品组合着手。

2020年，联电在先进制程平台推出14nm 14FFC制程、22nm超低功耗22ULP及超低漏电流22ULL制程、28nm高效能运算28HPC+制程等均已进入量产，并采用28HPC+制程量产图像信号处理器（ISP），且今年导入更先进产品。联电还针对毫米波（mmWave）制程完成了55nm／40nm／28nm平台，可应用于移动装置、物联网、5G通讯、车用电子及工业雷达。

在特殊制程方面，联电28nm高压制程在晶圆代工业界是第一个开发并量产OLED面板驱动IC的厂商，22nm高压22eHV制程研发进度符合预期。RFSOI技术可满足所有4G／5G手机对射频开关的严格要求，目前90nm制程已进入量产，55nm制程即将导入量产，同时已着手开发40nm RFSOI技术平台，以满足后续5G和mmWave市场增长需求。

此外，联电嵌入式闪存（eFlash）的40nm制程已导入量产，28nm研发符合预期，将可供应物联网需求。40nm电阻式随机存取内存（ReRAM）已经进入量产阶段，22nm ReRAM技术平台和22nm嵌入式磁阻随机存取内存（eMRAM）制程平台研发如期进行中。

格芯

格芯主攻成熟制程，其在先进制程方面涉猎已经很少，最先进的是12nm工艺。2020年，该公司宣布其最先进的FinFET制程工艺12LP＋大功告成。按照格芯的说法，12LP＋相较于12LP，性能增加了20%、规模面积减少了10%。

目前，12LP＋已经在AI训练芯片领域通过了IP验证，可减少生产成本、创造更大价值。另外，格芯也在丰富12LP＋的IP组合包，目标包括PCIe 3/4/5、USB 2/3主控芯片、HBM2/2e显存、DDR/LPDDR4/4X芯片、GDDR6芯片等。

在成熟制程方面，格芯主要涉及28nm/22nm、40nm/45nm、55nm/65nm、90nm、130nm工艺。

中芯国际

受国际形势影响，中芯国际先进制程研发进展受阻，预计14nm以下节点制程带来的营收将有所下降。然而，由于市场对40nm及以上成熟制程的需求仍然维持在较高水平，2020年，中芯国际凭借在成熟制程方面的优势取得了17%的营收年增长率及5%的市场占有率。中芯国际全年14nm/28nm营收占比为9.3%，40nm/45nm营收占比为16%，55nm/65nm营收占比为30%，合计占比超过总营收的一半以上。

具体来看，中芯国际有150多个工艺平台，按地区划分：在上海，0.35μm-0.11μm有65个工艺；在天津，0.35μm-0.15μm有35个工艺；在深圳，0.35μm-0.15μm有25个工艺；在北京，0.18μm-22nm有76个工艺。此外，该公司于2020年新增了10个工艺平台。

IP方面，中芯国际已经积累2300个，具体包括：826个40nm/28nm的IP，562个65nm/55nm的IP，74个90nm的IP，355个0.18μm/0.15μm的IP，35个0.35μm/0.25μm的IP，以及478个0.13μm /0.11μm的IP。