电子半导体行业报告：先进制程，路向何方（42页）

行业报告下载 2019年01月08日 07:09 管理员

半导体制造工艺皇冠明珠，随摩尔定律逼近物理极限。本文主要探讨普通硅工艺逻辑芯片的先进制程。先进制程是指集成电路产业晶圆制造中最为顶尖的若干个工艺节点，随着时间不断演变升级，而就当前时点来看，本文将 16/14nm 及以下节点纳入先进制程的范围。根据国际半导体技术路线图（ITRS）的规定，制程节点代数通常以晶体管的半节距（half-pitch）或栅极长度（gatelength）等特征尺寸（CD，critical dimension）来表示，以衡量集成电路工艺水平。摩尔定律指出：“集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔 18-24 个月就翻一倍；微处理器的性能提高一倍，或价格下降一半。”根据摩尔定律，制程节点以 0.7 倍（实际为根号 2 的倒数）递减逼近物理极限，从 1μm、0.8μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、10nm、7nm，一直发展到未来的 5nm、3nm，其中工艺节点之间还出现了半节点，如 28nm、20nm、14nm。事实上 90nm 节点以前特征尺寸完全对应栅极长度，自 65nm 开始各厂商节点名称的定义越来越模糊，已不能完全对应器件的物理尺寸。目前 14nm、10nm 的节点名称大致对应栅极长度的一半。

更快更高更强，性能需求引领先进制程进步。“天下武功唯快不破”，持续提高芯片性能是先进制程的核心追求，因此先进制程的应用主要为高性能计算领域，包括 CPU（AP）、GPU、ASIC、FPGA 等芯片，对应下游包括智能手机、个人电脑、服务器、矿机等。这些应用对于性能要求极高，而非将成本作为首要衡量因素。目前 7nm 及 10nm 主要应用包括智能手机 AP/SoC、个人电脑及服务器 CPU、矿机 ASIC 等。14nm 主要应用包括中高端AP/SoC、显卡 GPU、矿机 ASIC、FPGA 等。较为成熟的 28nm 节点主要应用包括中低端手机、平板、机顶盒、路由器等主芯片。

历年先进制程均率先应用于旗舰级智能手机 AP 或计算机 CPU 等。手机主芯片通常采用最先进两代工艺打造，旗舰手机主芯片走在制程前沿，最先进制程推出后即开始采用，新制程出现后向下转移，而中低端手机主芯片通常采用次顶级制程打造。以苹果手机以及高通各主处理器制程及推出时间为例，苹果每代手机芯片基本采用当年度台积电、三星最先进、良率稳定的制程打造，近两年的 10nm、7nm 制程，苹果手机芯片均为首发量产芯片。高通依据产品线不同采用制程各有侧重，例如骁龙 400 系列定位中低端、骁龙 600 系列定位中高端，均会考虑成本均衡，而高通骁龙 800 系列定位旗舰级，每年通常采用三星电子当期最先进工艺。英特尔作为制程工艺领先的 IDM 厂商，其推出的 CPU 也长期是最先应用先进制程的产品。