7 納米、14 納米、28 納米芯片制造工藝市場價值對比

2020 年 8 月 11 日，近日，中芯國際公布了截至 2020 年 6 月 30 日未經(jīng)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，相較于 2020 年第一季的 904.9 百萬美元增加 3.7%，相較于 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(yè)績的表現(xiàn)還是很優(yōu)秀的。

隨著半導體制造技術的進步，芯片制程越做越小，性能也在不斷提升。但并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(jù)中的數(shù)據(jù)顯示，先進制程（28nm 及以下工藝）占據(jù)了 48% 的市場份額，而其它成熟工藝則占據(jù)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。可以說，成熟工藝才是業(yè)界的主流。

在談 28 納米工藝之前，先提一下 FinFET。FinFET（Fin Field-Effect Transistor）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(jù)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(qū)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。柵極采用了包裹式的結構，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。

通俗點說，如果把電流想象成水流，那么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。

對于晶體管來說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(qū)域做薄來抑制漏電，就像是把水管做薄之后，中間的閥門只要輕輕一夾就能把水管完全關閉。

傳統(tǒng)的半導體制造技術很難制造 25 納米以下的工藝，F(xiàn)inFET 結構就是為了解決這個問題而產(chǎn)生的。通常情況下制造 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，那么對于沒有使用 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并不能單單看性能、功耗。

數(shù)據(jù)來自

根據(jù)中的數(shù)據(jù)，14nm 工藝開發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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于性能有一定要求但不是很高，并且需要控制成本。那么對于這類芯片來說，28 納米工藝目前是一個非常好的 “妥協(xié)點”。

以臺積電 7nm 工藝為例，臺積電的 7nm 工藝分為第一代 7nm 工藝（N7）、第二代 7nm 工藝（N7P）、7nm EUV（N7+）。其中 N7 和 N7P 使用的是 DUV 光刻，但為了用 DUV 制作 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。所以說這三種 7nm 工藝雖然在性能、功耗等方面表現(xiàn)優(yōu)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(shù)據(jù)來自臺積電

可以從數(shù)據(jù)中看出手機芯片和高性能計算芯片（例如 CPU、GPU）一直在臺積電收入中占據(jù)了過半的比重。

電腦芯片對于性能有著較高的要求，所以電腦芯片設計廠商更傾向于使用 “高端”工藝。而對于手機芯片來說，除了性能，功耗也是十分重要的參數(shù)。特別是在當今電池技術發(fā)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(xù)航能力。因此手機芯片廠商也十分愿意追捧 “高端”工藝。

對于中芯國際 14nm 工藝來說，向上有性能壓制的 7nm 工藝，向下又有性價比極高的 28nm 工藝，這種情況對于中芯國際的 14nm 工藝來說并不太友好。

數(shù)據(jù)來自中芯國際

在今年第一季度的財報中，中芯國際 14nm 工藝收入占比僅為 1.3%, 這種情況并不算太理想。

數(shù)據(jù)來自中芯國際

而在今年第二季度的財報中，中芯國際干脆沒有公示 14nm 工藝的收入占比，僅公示了 14/28nm 的占比數(shù)據(jù)。

圖片截取自中芯國際官網(wǎng)

雖說過去確實有人將 14nm 工藝和 28nm 工藝都算作先進工藝，但在中芯國際官網(wǎng)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 工藝占比分開統(tǒng)計，現(xiàn)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(tǒng)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 工藝占比數(shù)據(jù)，或者是讓 14nm 工藝的占比數(shù)據(jù)更好看一些。

從目前的數(shù)據(jù)看，中芯國際 14nm 工藝的占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占比，短期內無法成為盈利支柱。比起 14nm，自家的 28nm 工藝收入占比更高，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。

數(shù)據(jù)來自各公司公開信息

從表格中可以看出，不少芯片制造廠商集中在 2015 年推出 14nm 工藝，業(yè)界標桿的臺積電也是在 2015 年推出了水平與業(yè)界 14nm 工藝相似的 16nm 工藝。在那時候 14/16nm 工藝是業(yè)界頂級工藝，各大芯片設計廠商紛紛追捧。

數(shù)據(jù)來自臺積電

以臺積電的數(shù)據(jù)為例，其 16nm 工藝的收入占比在以很快的速度下滑，而 7nm 工藝的占比則在快速提升。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(yè)界頂級工藝已經(jīng)開始向 7nm 工藝過渡。