14nm對決7nm：中芯國際比台積電差在哪裏？

近日，中芯國際公佈了截至2020年6月30日未經審計的第二季度財報。財報中顯示：

2020年第二季的銷售額為938.5百萬美元，相較於2020年第一季的904.9百萬美元增加3.7%，相較於2019年第二季的790.9百萬美元增加18.7%。

2020年第二季毛利為248.6百萬美元，較2020年第一季的233.6百萬美元增加6.4%，較2019年第二季的151.2百萬美元增加64.5%。

2020年第二季毛利率為26.5%，相比2020年第一季為25.8%，2019年第二季為19.1%。

從財報上看，中芯國際整體業績的表現還是很優秀的。

28納米工藝的“黃金線”

隨着半導體制造技術的進步，芯片製程越做越小，性能也在不斷提升。但並非所有芯片設計公司都會選擇最先進的半導體制造工藝。根據《2019集成電路行業研究報告》中的數據顯示，先進製程佔據了48%的市場份額，而其它成熟工藝則佔據了52%的市場份額。如果將28nm工藝也視作“成熟工藝”的話，成熟工藝的市場份額就更大了。可以説，成熟工藝才是業界的主流。

在談28納米工藝之前，先提一下FinFET。FinFET中文名為鰭式場效應晶體管，是一種新的互補式金氧半導體晶體管。FinFET的命名是根據晶體管的形狀與魚鰭的相似性，中芯國際的14nm工藝就使用了這種結構。

FinFET結構示意圖

FinFET結構的溝道區域是一個被柵極包裹的魚鰭狀半導體。從圖上源極到漏極方向上鰭的長度為溝道長度。柵極採用了包裹式的結構，這樣增強了柵的控制能力，對溝道提供了更好的電學控制，從而降低了漏電流，抑制短溝道效應。

通俗點説，如果把電流想象成水流，那麼圖上的魚鰭狀半導體就是一根水管，源極和漏極就是水管的進水口和出水口，而中間的柵極則是水管閥門。

對於晶體管來説讓它導通電流比較簡單，如何讓它在關閉的時候還不漏電才是難點。所以FinFET結構就是把溝道區域做薄來抑制漏電，就像是把水管做薄之後，中間的閥門只要輕輕一夾就能把水管完全關閉。

傳統的半導體制造技術很難製造25納米以下的工藝，FinFET結構就是為了解決這個問題而產生的。通常情況下製造25納米以下的工藝需要FinFET、FD-SOI或者其它更先進的技術。

使用FinFET可以讓芯片的性能變得更好，那麼對於沒有使用FinFET結構的28nm工藝和使用了FinFET的14nm工藝對比，是不是28nm工藝就不太好呢？

這要看評價角度了，評價一種半導體制造工藝的好壞並不能單單看性能、功耗。

▲數據來自《集成電路設計業的發展思路和政策建議》

根據《集成電路設計業的發展思路和政策建議》中的數據，14nm工藝開發成本遠遠超過28nm工藝。如果從成本角度看，使用了FinFET的14nm工藝在成本方面體現出了明顯的劣勢。

更何況不是所有的芯片都像CPU、GPU那樣需要極高的性能，很多芯片只是能夠實現特定的功能就可以了，由此看來28納米工藝是一款極具“性價比”的工藝。如果一個芯片項目對於性能有一定要求但不是很高，並且需要控制成本。那麼對於這類芯片來説，28納米工藝目前是一個非常好的“妥協點”。

7納米工藝的“高端圈子”

以台積電7nm工藝為例，台積電的7nm工藝分為第一代7nm工藝、第二代7nm工藝、7nm EUV。其中N7和N7P使用的是DUV光刻，但為了用DUV製作7nm工藝，它還使用了例如沉浸式光刻、多重曝光等技術。而N7+則直接使用了EUV光刻。所以説這三種7nm工藝雖然在性能、功耗等方面表現優異，但成本都十分高昂。通常像華為、蘋果、AMD這樣的大廠才會使用。

數據來自台積電

可以從數據中看出手機芯片和高性能計算芯片一直在台積電收入中佔據了過半的比重。

電腦芯片對於性能有着較高的要求，所以電腦芯片設計廠商更傾向於使用“高端”工藝。而對於手機芯片來説，除了性能，功耗也是十分重要的參數。特別是在當今電池技術發展緩慢的情況下，降低手機芯片的功耗可以大大提高手機的續航能力。因此手機芯片廠商也十分願意追捧“高端”工藝。

夾縫中的中芯國際14納米工藝

對於中芯國際14nm工藝來説，向上有性能壓制的7nm工藝，向下又有性價比極高的28nm工藝，這種情況對於中芯國際的14nm工藝來説並不太友好。

▲數據來自中芯國際

在今年第一季度的財報中，中芯國際14nm工藝收入佔比僅為1.3%,這種情況並不算太理想。

▲數據來自中芯國際

而在今年第二季度的財報中，中芯國際乾脆沒有公示14nm工藝的收入佔比，僅公示了14/28nm的佔比數據。

▲圖片截取自中芯國際官網

雖説過去確實有人將14nm工藝和28nm工藝都算作先進工藝，但在中芯國際官網上明確的將14nm工藝列為先進邏輯技術，而將28nm工藝列為成熟邏輯技術。更何況中芯國際之前的財報都是將14nm工藝和28nm工藝佔比分開統計，現在卻將一種“先進邏輯技術”和一種“成熟邏輯技術”強行放在一起統計，這種舉動顯然有些奇怪。不免會讓人認為中芯國際有意隱藏14nm工藝佔比數據，或者是讓14nm工藝的佔比數據更好看一些。

從目前的數據看，中芯國際14nm工藝的佔比在非常緩慢的爬升，而且會在未來相當長的一段時間內依舊保持一種較低的佔比，短期內無法成為盈利支柱。比起14nm，自家的28nm工藝收入佔比更高，而且爬升速度更快，這種性價比更高的成熟工藝更容易盈利。

“遲到工藝”的窘境

數據來自各公司公開信息

從表格中可以看出，不少芯片製造廠商集中在2015年推出14nm工藝，業界標杆的台積電也是在2015年推出了水平與業界14nm工藝相似的16nm工藝。在那時候14/16nm工藝是業界頂級工藝，各大芯片設計廠商紛紛追捧。

▲數據來自台積電

以台積電的數據為例，其16nm工藝的收入佔比在以很快的速度下滑，而7nm工藝的佔比則在快速提升。由此可見14/16nm工藝的市場火熱程度已大不如前。

在2019年的時候中芯國際才推出14nm工藝，但此時業界頂級工藝已經開始向7nm工藝過渡。

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