如今,芯片正在越來越多的領域擔任重要角色,它是電子產品運轉的關鍵,從近年來的發展趨勢來看,芯片制程越來越小,但并非所有芯片工廠都以先進制程為目標。中芯國際在制程上拼命追趕,但聯電、格羅方德幾乎放棄了先進制程的研究。
在芯片市場需求旺盛的情況下,為何聯電、格羅方德會放棄先進制程的開發?
研發成本高,企業負擔大。投資數百億美元建設一座先進制程的晶圓廠對于企業來說是一筆不小的費用、但對于電子設備來說,先進制程能夠有效節省設備的體積。
目前,大多數芯片的尺寸與硬幣相當,但隨著各行各業需求的增長,縮小晶體管的方法已經陷入瓶頸,芯片堆疊成為提高芯片性能的有效方法。
此外,市場對于芯片的需求也并非都是先進制程的。例如28nm工藝在很多場合都有廣泛應用,與手機市場的降溫不同,汽車行業對于28nm制程芯片的需求量很大,據統計,2021年我國汽車銷量2627.5萬輛,龐大的數字背后是旺盛的芯片需求。
在此背景下,中芯國際宣布繼續投入50億擴產28nm芯片,據統計在28nm芯片上中芯國際前后已經投入1000億人民幣。
但臺積電對此卻有不同的看法。臺積電方面認為,28nm芯片需求已經飽和,應當把發展重點放在先進制程上。在攻克了3nm工藝后,臺積電宣布3nm芯片將在2022年下半年實現量產,2nm芯片爭取在2025年實現量產。
從中芯國際的實際來看,目前中芯國際的28nm工藝是成熟的,但再往上只能量產14nm芯片,而5nm、7nm工藝的技術需要投入大量資金、人力研發。
中芯國際之所以加大投入擴大28nm芯片的產能,也是出于對自己實際情況的考慮。2022年中芯國際資本開支預計在50億美元左右,但基本上都計劃用在28nm的產能擴張上,少部分用于先進制程的研發。
因為目前在工業自動化當中,28nm工藝制程芯片是主流,并不需要更為先進的芯片。而且隨著新能源汽車的崛起,對于28nm芯片需求量會不斷增加,所以中芯國際把重心放在28nm上也是明智之舉。
在成本上,由于28nm與40nm的價格差較小,因此在成本接近的情況下,對比40nm工藝,28nm工藝的晶體管速度更快、柵密度更高且功耗更低,使用28nm工藝可以為產品帶來良好的性能優勢。與此同時,另一方面,在28nm工藝以下的工藝節點,成本則急劇攀升。
近年來芯片價格普遍上漲,且成熟制程漲幅頗大。而由于28nm工藝制程對比其它成熟制程在性能上更具優勢,因此越來越多的廠商開始轉向28nm工藝,這使得28nm成為了兼顧效能和成本的最佳解決方案,所以出現了全球晶圓代工市場位于三至五位的聯華電子、格羅方德、中芯國際,集中擴大28nm產能的景象。
在成熟制程市場,28nm工藝需求依舊旺盛,尤其是國內的智能制造產業鏈,亟需晶圓代工廠供給成熟制程芯片,因此,中芯國際積極擴大28nm產能自然順理成章。
此外,在先進制程的研究上,我國并沒有停止追逐趕超的腳步。日前,華為就公布了多項繞開EUV 光刻機進行突破的技術:堆疊芯片。自從蘋果前段時間放出的M1 Ultra芯片之后,才讓所有人意識到,華為當初放出的堆疊芯片技術并不是“理想”而是實打實的新專利。
隨著硅芯片“摩爾定律”不斷接近天花板,研發不僅需要投入巨大的人力物力,在芯片的性能上也提高不多,而堆疊芯片技術既能夠提高芯片性能,又能降低成本,有望助力國產芯片實現彎道超越。