為什麼中芯國際量產14nm製程晶片的意義特別重大？

科技有溫度。

文 | 黃天然

「中國芯」迎來技術新突破。

中芯國際近日表示，通過加大研發投入，14nm製程工藝晶片已經實現量產，並將於2021年正式出貨。

繼去年8月中芯國際首次宣布14nm晶片研發成功，到如今超預期實現量產，良率高達95%。

這標誌著中芯國際正式趕超台積電南京12寸廠的16nm製程工藝，追平台聯電14nm製程工藝，正式躋身全球晶圓先進位程工藝代工廠的行列，這是中國半導體發展史上的重要里程碑。

14nm意味著什麼？

所謂晶片「nm」的製程數值，指的是每一款晶片中最小的柵極寬度。

在晶片上數十億個電晶體結構中，每個電晶體中電流從 Source（源極）流入 Drain（漏級），而其中的Gate（柵極）相當於閘門，主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。

而柵極寬度決定了電流通過時的損耗，柵極越窄、功耗越低，性能越高。

晶片製程工藝的具體數值，是評價移動設備性能的關鍵指標。

每一款旗艦手機的發布，通常都與晶片性能的突破息息相關。

以高通在2018年年底發布的驍龍855晶片為例，它採用的是7nm製程工藝，集成超過60億個電晶體，比高通在2017年第一季度推出的驍龍835（10nm製程工藝）上的30億個電晶體數量多了1倍，性能大漲了55%，而晶片體積幾乎未變，比直徑約1.9厘米的一美分硬幣還小。

目前，許多廠商的主流旗艦機型如三星S10、OPPO Reno和小米9等等都應用了該款晶片。

對於晶片廠商而言，縮減製程數值是它們不遺餘力去實現的目標。

但是，當柵極寬度逼近20nm時，就會遇到新的技術瓶頸，導致研發難度和成本急劇上升：由於柵極過窄，對電流控制能力急劇下降，二氧化矽絕緣層會變得更薄，容易導致電流泄漏。

因此，就需要光刻設備、絕緣材料、晶片柵極改制、FinFET 3D等新技術新工藝以突破技術壁壘。

從製程工藝的發展情況來看，從28nm到14nm是一道分水嶺，隨著摩爾定律逐步失效，製作更先進位程的晶片需要更長周期，業界至此也開始兩極分化為具備先進位程或是傳統製程的不同技術能力。

在全球半導體業中，能實現14nm工藝節點的企業不到10家，包括英特爾、三星、台積電、格羅方得、聯電、東芝、海力士、美光等。

中芯國際14nm晶片實現量產，獲得的是成為全球晶圓先進位程工藝代工廠的入場券。

至此，「中國芯」距離當前已經量產的最先進位程7nm僅相差兩代，產品差距縮小到四年之內。

四年實現技術飛躍

作為中國大陸規模最大的集成電路晶片製造企業，中芯國際在2015年成功量產了28nm製程工藝晶片，並在短短四年實現了從28nm到14nm的飛躍，而台聯電為此耗費了整整5年。

技術快速疊代，與中芯國際的高投入密切相關。

2018年，中芯國際向荷蘭ASML訂購了一套EUV設備（極紫外線光刻機），據傳是當時最昂貴和最先進的晶片生產工具，價值高達1.2億美元，2019年初，這一設備已經如期交付。

據ASML官網介紹，這台價值1.2億美元的設備，能夠支持精細到5nm工藝節點的批量生產，擁有每小時155片的300mm尺寸晶圓雕刻能力。

這為中芯國際成功實現14nm量產提供了關鍵設備支撐。

在頂尖光刻設備的加持之下，可以想見，中芯國際距離12nm、10nm甚至7nm的時代也不會太遙遠。

另一個讓中芯國際實現四年快速技術跨越的關鍵，在於「靈魂人物」新任聯席CEO梁孟松。

梁孟松曾經帶領台積電和三星分別突破了28nm以及14nm大關。

在台積電的17年中，梁孟松為台積電創造了500項專利，對於台積電每一世代製程項目，梁孟松都是作為參與者或者負責人。

2011年，梁孟松以研發部總經理、圓晶代工副總的身份加入了三星半導體。

在他加入三星之後，三星在2015年早於台積電達成了14nm技術成就，並藉此獲得了代工蘋果A9晶片的訂單。

2017年，梁孟松辭去了在三星的一切職務加入了中芯國際，他迅速帶領中芯國際在2019年初成功量產了第一顆14nm「中國芯」，如今實現了超過95%的良率，進展速度超過預期。

除了14nm晶片之外，中芯國際12nm也已經進入客戶導入階段，如果進度順利，預計年底會有幾家客戶進行流片，新一代的FinFET的生產線也在推進之中。

AIoT時代最具價值的製程

據公開報導，中芯國際14nm晶片目前已有超過10個流片客戶，其中有車用晶片客戶流片，並通過了車用標準Grade 1的測試門檻，眾所周知，車用市場對晶片品質門檻要求最高。

對於全球大型晶片製造廠商而言，28nm晶片技術已經非常成熟，產能顯得有些過剩。

而在另一端，10nm以下製程技術則非常尖端，行業玩家只剩下金字塔尖的台積電、三星和英特爾。

而居於兩者中間位置的14nm顯然成為了中堅力量，成為絕大多數中高端晶片的主要製程。

有數據統計，在2019年上半年，整個半導體銷售市場規模約為2000億美元，其中65%晶片採用14nm製程工藝，僅10%左右的晶片採用7nm，25%左右採用10nm和12nm，14nm可以說是當下應用最廣泛、最具市場價值的製程工藝。

隨著5G和AIoT時代的到來，特別是在智慧城市、自動駕駛、安防物聯網等領域各項產品日趨豐富，晶片也逐漸專注於針對特殊場景的優化，專用晶片即將迎來「百花齊放」的物種大爆發時代，廣泛的AIoT場景，將讓14nm製程的晶片擁有龐大的市場空間。

目前，國內已經有超過20家企業投入AI晶片的研發中來。

而中芯國際對於關鍵製程的把控，意味著國內晶片設計企業和AI公司在應用14nm晶片產品方面獲得更多的自主能力，從而實現真正完全的「中國智造」。