中芯国际推出首款N+1 7nm芯片,但量产尚不确定

来自中国的ASICs合同设计公司芯动科技(Innosilicon)制作出了世界上第一块采用国际半导体制造公司(Semiconductor Manufacturing International Corp.)的N+1工艺技术的芯片N+1工艺技术是一种为廉价芯片设计的7nm级节点。此次制作对中国国内半导体行业是一个重大突破,特别是中芯国际(SMIC)公司正试图赶上更大的竞争对手如GlobalFoundries,三星电子,和市场领导者台湾半导体制造公司,既然中芯国际已列入美国商务部的实体名单,那么N+1会被用于大规模生产?

芯片设计

作为ASICs的合同设计者和高级IP的供应商,芯动科技并未透露使用中芯国际N+1节点制作的芯片是携带多种IP的测试芯片,还是由其客户订购的实际商业产品。

芯动科技表示,该芯片在过去几个月里经历了多轮反复测试,以帮助中芯国际实现可行的良率,并且该芯片一次性通过了所有功能测试。芯动科技还声称,在宣布N+1工艺之前,他们已经在设计优化方面投入了数千万元人民币(1000万人民币约合149万美元)。

芯动科技和中芯国际合作多年,合同芯片设计师表示,它已经帮助许多中芯国际的客户使用成熟的(例如,55nm,40nm, 28nm)和基于FinFET-based的工艺技术(14nm, 12nm,7nm)来开发芯片,所以芯动科技成为第一家尝试中芯国际的N+1技术的公司也就不足为奇了。

即使中芯国际和芯动科技公司已经推出出了第一块商业化的N+1芯片,ASIC的大规模生产也可能需要一年的时间。无论如何,设计数据的输出意味着至少有一些N+1的IP是可用的,而且芯动科技知道如何使用这项技术。

中芯国际的N+1技术

中芯国际的N+1制造技术将是继14nm制程和12nm制程后的下一个主要节点

据中芯国际介绍,与14nm节点相比,它的N+1技术可以提高20%的性能(在相同的时钟和复杂度下)或降低57%的功耗(在相同的功率和复杂度下)。此外,该技术还可能将晶体管密度提高2.7倍(尽管不是所有晶体管结构都适用)。

虽然中芯国际的N+1技术在可扩展性和功耗方面的改进是显著的(超过其14nm节点),因此该工艺可以与GlobalFoundries的12LP+、三星电子的8LPP甚至台积电的N7 (7nm,非EUV)相媲美,但其性能的改进最多只能算是适度的。因此,中芯国际将N+1定位于主要适用于低功率和低成本设备

今年8月,中芯国际表示,其N+1已完成客户产品验证

由于中芯国际尚未收到其2018年从ASML购买的TwinScan NXE extreme ultraviolet (EUV)扫描仪,因此其N+1和N+2技术不像三星和台积电的领先工艺那样使用EUV。单纯依靠DUV光刻技术,就大大降低了中芯国际在节点性能和可扩展性方面的提升能力,因此在短期内它将无法与市场领先企业在前沿领域展开竞争。

目前,对于中芯国际来说,这还不是一个大问题,因为2020年第二季度,其成熟的芯片技术(40/45nm和更厚的芯片)占其晶圆收入的90.9%。与此同时,28nm和14nm在第二季度中仅占晶圆收入的9.1%,前者比后者更受欢迎。但中国企业需要基于FinFEt的先进工艺技术,其中许多企业更愿意与当地供应商合作。

不断增长的需求

未来几年内,5G、AI、边缘计算和高性能计算等巨大趋势的出现将增加全球对芯片的需求。但在中国,半导体行业正在蓬勃发展。据华兴证券(China Renaissance Securities)统计,中国本土芯片设计公司的数量从2015年的736家增至2017年的1780家

所有这些中国公司都需要在某个地方制造芯片。IC Insights认为,事实上,到2020年中国无晶圆厂开发商预计将占全球芯片代工销售的22%。短期和长期来看,停止向HiSilicon发货会对中国的晶圆代工销售产生怎样的影响还有待观察,但很明显,中国是仅次于美国的第二大晶圆代工消费国

如今,中国逻辑芯片生产的67%订单是由台积电、联电和GlobalFoundries在台湾、新加坡和美国提供的。中芯国际是中国最大、最先进的晶圆代工企业,中国所需芯片的19%都产自中芯国际,因此,由于有巨大的增长空间,该公司继续开发前沿工艺技术,而不是重新专注于特定节点是合理的。

但中芯国际面临着一个巨大的难题。

实体名单

今年早些时候,美国商务部将中芯国际列入其实体名单,因为它认为该公司为中国人民解放军提供服务,但中芯国际否认了这一点。

因此,如果一个美国公司(或在美国开发或生产某些产品的公司)打算出售生产工具、零件、材料、软件或其他东西给中芯国际,就必须从美国商务部获得许可,预计将在拒绝的前提下(至少在11月份的总统选举之前)审查此类许可申请。

因此,中芯国际要想获得先进的设备、现有工具、材料和软件的备件,不仅要不断开发新的工艺技术,还要保持和扩大现有产能,这几乎是不可能的。

N+1的前景不确定?

几个季度以来,中芯国际一直在逐步增加资本支出,因为该公司一直在投资于新的设施和设备。一些分析师认为,中芯国际的N+1和N+2节点所依赖的生产工具集与该公司的14nm和12nm技术所用的相同(或几乎相同)。

因此,假设中芯国际储备了足够多的现代化DUV扫描仪和其他工具(以及备用零件),以建立足够的产能与规模更大的对手竞争,那么其N+1和N+2工艺在未来几年可能有很大机会变得相对流行。与此同时,当N+1和N+2节点在2021~2023年进入量产阶段时,它们将无法与其他公司的前沿节点竞争。

此外,尽管中芯国际有多个研发团队在研究新的制造工艺,但该公司未来几年将无法采用EUV光刻技术和GAAFET结构(下一代节点的关键推动力),因此其前景看起来越来越不确定。

或者中芯国际前途未卜?

不过,一些分析师认为,尽管EUV和GAAFETs对中芯国际的长期未来非常重要,但将该公司纳入实体上市名单将带来一系列挑战,可能迫使该公司大幅改变计划。

中芯国际可以不受任何限制地从ASML获得DUV扫描仪。光刻工具在半导体生产中非常重要,但它们并不是工厂中使用的唯一工具。有一些用于高精度计量、沉积、蚀刻、光刻胶剥离和晶圆清洗的设备主要由美国的公司制造。欧洲和日本也有替代品,但新工具的插入总是意味着整个流程的改变,这是一个漫长而危险的过程。如果公司不能及时得到一个先进的工具或备件,就会破坏整个生产流程。在最坏的情况下,该公司可能需要停止使用其FinFET工艺技术的生产,并翻新旧节点的产能

“我们相信,备件/材料的积累将使中芯国际的运营维持3-6个月,即使美国供应商现在需要在出货前得到许可,而且积极回应的机会也被很低,“中国兴业证券(China Renaissance Securities)分析师Szeho Ng在一份致客户报告中指出,“我们的基本情况现在假设,其FinFET业务将很大程度上停止(鉴于其对美国技术供应的高度依赖,以及该技术在敏感市场中核心芯片制造方面的战略重要性),其装机容量将针对较低的ASP遗留的300mm (28-90nm节点)制造进行改造。我们认为,200mm(节点数在130nm及以上)的晶圆厂将继续正常运营。”

目前中芯国际的FinFET业务可能占到公司收入的2%~3%,所以即使该公司不得不停止14nm制程的生产,并取消12nm制程和N+1制程计划,也不会遭遇销量的大幅下滑。但高级的节点往往有利可图,并且对大客户具有吸引力。此外,为旧技术改造新晶圆厂将自动降低净利润(被取代的工具尚未贬值,这意味着亏损)。

总体而言,分析师认为中芯国际的未来在很大程度上取决于美国政府对该公司的态度,而不是其自身的研发专长或制造能力。

“我们认为,美国政府对中芯国际的态度仍是其命运的关键,因为中芯国际与美国技术(即使是300毫米口径的传统设备)的完全脱钩可能不会像一些行业观察人士预期的那样容易,” Ng写道,“美国的科技影响力超越了设备/材料领域,并进一步扩展到EDA市场,在这个市场中,美国的全球主导地位甚至更高。此外,日本的态度还有待观察,因为它在全球设备/材料供应方面也扮演着相当重要的角色。”

本文源自头条号:很省钱

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