晶园工艺
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12nm制程的机会来了
?2019-8-13
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据DIGITIMES Research统计和分析,今年第2季度,中国大陆智能手机应用处理器(AP)出货量提前拉货,较前期预估(季增34.6%)幅度加大。但该机构预估第3季度因第2季已提前拉货,因此,虽在旺季,预估大陆市场AP出货量季增长仅0.2%,较去年同期将减少7.6%。

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DIGITIMES Research表示,第3季度,大陆市场手机AP制程转换也将明显,28nm比重将继续下降,被12nm超越,12nm出货比重将上涨3成,跃居市场主流;7nm比重有望达到1成左右。

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根据这一市场统计和分析,12nm制程技术将会在我国大陆地区的手机市场大放异彩。我们知道,在中高端领域,市场上的主流制程工艺节点是22nm、16/14nm、10nm、7nm,以及今后的5nm和3nm,这些被称为主节点。而28nm、20nm、12nm、8nm等,被称为半节点,这些节点有很强的过渡属性,因此,总体来讲,它们的市场占有率相比于那些主节点要低。而28nm和12nm相对较为特殊,28nm是因为具有绝佳的性价比,因此应用面很广,也非常成熟;而12nm是典型的中端芯片制程工艺,市场上有多家知名处理器厂商的中端产品都选用了该制程工艺,这其中尤以手机处理器为最多。

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中国大陆手机市场庞大,且中端和中低端占据着出货量的大头儿,这就给了中端手机处理器芯片绝佳的发展机会,相应的12nm制程技术的市场份额也就水涨船高了。

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从目前的晶圆代工市场来看,具备12nm制程技术能力的厂商很少,主要有台积电、格芯(原格罗方德,GF)、三星电子和联电。联电于2018年宣布停止12nm及更先进制程工艺的研发。因此,目前来看,全球晶圆代工市场,12nm的主要玩家就是台积电、格芯和三星这三家,这一点,从近两年市场推出的各种芯片也可见一斑。

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12nm制程芯片

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2018年8月,华为发布了中端芯片麒麟710,采用的就是12nm制程,用在了当时的中端机型、在海外被称为Mate 20 Lite上。麒麟710由Cortex A73×4+Cortex A53×4组成,CPU主频为2.2GHz,GPU为Mali-G51。

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2018年5月,联发科推出了中端芯片Helio P22,采用台积电12nm FinFET工艺制造,CPU为8核A53,最高主频2.0GHz。GPU采用PowerVR GE8320,频率650MHz,最高支持1600x720(20:9)屏幕分辨率。

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2018年6月,联发科推出的中端芯片Helio P60表现不凡,吸引了OPPO和vivo等国产一线手机厂商的订单,像OPPO R15、vivo X21i等机型都搭载了Helio P60处理器。这颗芯片同样是定位中端,基于12nm制程工艺,并加入了人工智能技术。

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2018年7月,联发科又推出了Helio A 系列产品,并称其把高端产品功能下放到了用户基数庞大的大众市场。该系列的首款产品为Helio A22,同样采用12nm制程工艺,搭配CorePilot技术,内建主频2.0 GHz的4核Cortex–A53,以及PowerVR GE图形处理器。

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在中国大陆,紫光展锐最近几年在中端和中低端市场的拓展力度也很大,并逐步扩大着市场占有率,而在即将到来的5G市场,该公司推出了春藤510,采用了台积电12nm制程工艺,同时支持SA(独立组网)和NSA(非独立组网)方式。

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可见,联发科是12nm制程中端手机芯片的主要玩家,来自DIGITIMES Research的统计和分析显示,高通受中美贸易影响,预计今年第3和第4季度出货量将分别较前季减少3.8%和2.7%,高通强化自主架构芯片,第4季度占高通整体出货比重有望提升至64.6%。从目前的形势来看,华为很可能将中端机种AP转单联发科,再加上OPPO、vivo等新品也多采用联发科的AP,预计会带动后者今年第3季度AP出货量较前一季增加5.8%,其中,Cortex-A57以上平台出货比重至今年第4季度有望提升至39.2%。

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除了手机处理器之外,2018年底,AMD的显卡RX 590采用了12nm制程代工生产,而这款产品的代工厂为格芯和三星两家。由于AMD与格芯的深厚关系,其很多芯片都是由格芯代工的,但随着格芯宣布退出10nm及更先进制程的研发和投入,使得AMD不得不将先进产品分给了三星和台积电代工,从而分散了格芯的订单。

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而在同一时期,另一家显卡厂商NVIDIA则选择了台积电的12nm制程。

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三国杀

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台积电的16nm制程经历了16nm FinFET、16FF+和16FFC三代,之后进入了第四代16nm制程技术,此时,台积电改变策略,推出了改版制程,也就是12nm技术,用以吸引更多客户订单,从而提升12寸晶圆厂的产能利用率。因此,台积电的12nm制程就是其第四代16nm技术。

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与前几代相比,12nm具备更低漏电特性和成本优势。与16nm相比,12nm制程不仅拥有更高的晶体管密度,而且在性能和功耗方面得到了进一步优化,有较大的升级幅度。对于台积电来说,推出12nm工艺,不仅可以缓解10nm制程带来的订单紧张问题,而且还能在市场营销上反击三星、格芯、中芯国际等对手的14nm工艺,避免订单流失。

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格芯于2018年宣布退出10nm及更先进制程的研发,这样,该公司的最先进制程就是12nm了。该公司是分两条腿走路的,即FinFET和FD-SOI,这也充分体现在了12nm制程上,在FinFET方面,该公司有12LP技术,而在FD-SOI方面,有12FDX。12LP主要针对人工智能、虚拟现实、智能手机、网络基础设施等应用,利用了格芯在纽约萨拉托加县Fab 8的专业技术,该工厂自2016年初以来,一直在大规模量产格芯的14nm FinFET产品。

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由于许多连接设备既需要高度集成,又要求具有更灵活的性能和功耗,而这是FinFET难以实现的,12FDX则提供了一种替代路径,可以实现比FinFET产品功耗更低、成本更低、射频集成更优。

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数据显示,格芯的12FDX制程能够以低于16nm FinFET 制程的功耗和成本,提供等同于10nm FinFET的性能,并且支持全节点缩放,使性能比FinFET 制程提升15%,功耗降低50%。而掩模成本也比10nm FinFET减少40%。格芯的12FDX制程在号称成本、功耗等方面都优于台积电主力16nm制程的情况下,台积电推出了第四代16nm制程,也就是12nm制程,使得双方的竞争进一步加剧,而格芯12FDX的量产时间要比台积电的12nm制程晚一些,这些对于12FDX来说,在后续的市场竞争中,是个不小的考验。

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目前,格芯正在大力推广其12nm制程,上周,该公司宣布开发出了基于Arm的3D高密度测试芯片,该芯片采用GF的12nm FinFET工艺制造,采用3D的Arm网状互连技术,允许数据更直接地通往其他内核,最大限度地减少延迟。

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格芯表示,他们的方法可以在每平方毫米上实现多达100万个3D连接,使其具有高度可扩展性,并有望延长12nm工艺的寿命。目前来看,相对于7nm,12nm工艺更加成熟、稳定,因此,目前在3D空间上开发芯片更容易,而不必担心如7nm制程可能带来的问题。

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三星方面,其晶圆代工路线图中原本是没有12nm工艺的,只有11nm LPP。不过,三星的11 LPP和格芯的12nm LP其实是“师出同门”,都是对三星14nm改良的产物,晶体管密度变化不大,效能则有所增加。因此,格芯的12nm LP与三星的12nm制程有非常多的共同之处,这可能也是AMD找三星代工12nm产品的原因之一。

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如前文所述,AMD于去年推出了RX 590,这是该公司首款12nm GPU。三星加入该产品的代工行列,其12nm制程是为AMD定制化的,是将原来的14nm制程进行版本优化的结果。另外,AMD的第2代Ryzen处理器也是采用12nm制程工艺制造的。

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结语

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12nm制程本来不是一个竞争激烈的领域,但随着格芯对其重视程度的提升,以及台积电的强势杀入,另外,市场需求,特别是中国大陆地区中端手机处理器需求的上涨,使得这一板块在未来的两三年很有看头。

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另外,别忘了,中芯国际不仅14nm FinFET制程已进入客户风险量产阶段,而且在2019年第一季度,其12nm制程工艺开发进入客户导入阶段,第二代FinFET N+1研发取得突破,进度超过预期,同时,上海中芯南方FinFET工厂顺利建造完成,进入产能布建阶段。这意味着用不了多久,一个新的12nm制程玩家将杀入战团,新的竞争局面和变数值得期待。

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(来源:半导体行业观察)

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