重大突破,中芯國際n+1先進制程工藝流片成功,7nm就在前方
中芯國際FinFET N+1先進制程工藝的芯片流片成功了!中芯國際向7nm邁出堅實一步。所謂流片成功,意味着該制程工藝已達到有意義的良率,可以進行批量生產嘗試了,且良率有望進一步提升。
這其中,我們領先的IP和芯片設計企業芯動科技功不可沒,自2019年10月份開始,芯動科技在明知N+1工藝還不成熟的背景下,組織了精英團隊全程攻堅克難,這其中投入數百萬美元,和中芯國際共同調試基于N+1制程的第一款芯片,並一次性圓滿完成流片。
不利的環境下,中芯國際沒有放棄先進制程的追趕
儘管中芯國際目前最先進的制程只有14nm,距離芯片制造龍頭台積電相差2-3代的技術工藝,但中芯國際依然是全球領先的集成電路晶圓代工企業,也是我們技術最先進、規模最大、配套服務最完善、跨國經營的專業晶圓代工企業。在邏輯工藝領域,中芯國際是我們唯一可以實現14納米FinFET量產的芯片代工企業,代表大陸自主研發集成電路制造技術的最先進水平。
隨着芯片制程不斷突破物理極限,集成度越來越高,晶圓廠資本開支,在每代工藝節點的增速平均達30% 。例如,每萬片月產能,在12英寸晶圓的初代節點(90nm)時,只需要4.8億美金資本開支,而進入14nm則需要20億美金的資本開支,7nm則高達25億美金。
2018年,聯電、Global Foundries在抵達14nm或12nm節點后,宣布退出更高制程的探索,10nm 工藝以下的玩家,只剩下台積電、英特爾和三星。第二梯隊中,唯有中芯國際沒有放棄。
缺少EUV光刻機支持的7nm制程挑戰
中芯國際目前的路線圖包括使用FinFET晶體管的工藝技術,並依賴于深紫外 DUV 光刻技術。雖然中芯國際在2019年向ASML 購買了一款極端紫外線 EUV 光刻掃描儀,但到目前為止尚未交付。
在14nm之外,中芯國際未來的目標還有基于14nm工藝的12nm工藝改良版,此前官方表示12nm工藝比14nm晶體管尺寸進一步縮微,功耗降低20%、性能提升10%,錯誤率降低20%,目前已經啟動試生產,與客戶展開深入合作,進展良好,處于客戶驗證和鑑定階段。
在往后還有N+1、N+2代工藝,其中N+1工藝相比于14nm性能提升20%、功耗降低57%、邏輯面積縮小63%,SoC面積縮小55%,之后的N+2工藝性能和成本都更高一些。
關于中芯國際N+1制程的說明
“N+1”是中芯國際的官方代號,中芯國際並沒有說它是7nm節點。而且從公布的參數上看,所謂N+1制程,並不完全是網上傳的第一代7nm 工藝。
與14nm工藝相比,N+1性能提高了20%,功耗降低了57%,邏輯面積降低了63%,SOC面積降低了55%。大部分參數與通俗意義上的7nm相比,在實際功率和穩定性方面非常相似或接近,唯一的區別是性能,N + 1的性能提高了約20%,這距離7nm 的35%的提升有一些差距,當然,這是唯一的差距。
這樣來看,n+1 制程如果形成量產,其實在性能上,還是低于台積電計劃的30%和實際的35%,而業界現在以35%為市場基準。這么低的性能提升顯然不能被稱為7nm,它更像三星的第二代10nm和第三代10nm(就是8nm)。
接下來,中芯國際將撞上7nm EUV工藝這面高牆,雖然n+1階段可以暫時躲開ADML 的EUV光刻機, 基于DUV 7nm技術,也可以將良率和可靠性做得很好,但最大的缺點就是貴。
英特爾在7nm節點上,為成本堅持DUV成熟工藝的教訓歷歷在目。Intel 10nm與台積電7nm+特徵尺寸同水平,Intel工藝選擇DUV(193i)+SAQP多重曝光,未採用EUV,長期良率無法突破,導致工藝被台積電階段性超越,AMD+台積電組合贏得部分CPU市場份額。
芯動科技率先完成中芯國際N+1工藝流片,成為里程碑
無論如何,芯動科技率先完成中芯國際N+1工藝流片,也抵達了我們芯片史上的重要里程碑。
芯動科技多年來深耕研發、持之以恒,聚焦全球先進工藝IP和芯片定制技術,多次填補國內空白,是國內唯一獲得全球前6大代工廠簽約支持、國內市場份額連續領先10年的高速混合電路芯片技術提供商。
芯動科技與中芯國際已有十幾年國產IP生態共建的合作經驗,從成熟工藝(0.11um, 65nm/55nm,40nm,28nm等)到先進的FinFET 14nm等工藝不斷跨越,在各工藝中進行規模IP授權和定制批量生產,尤其在14nm工藝實現多名客戶量產,曾連續多年獲得中芯國際“最佳IP合作夥伴”獎。此次成功流片是芯動科技基于中芯國際最新工藝的又一力作,強強合作,順利突破N+1工藝瓶頸。
結語
由于眾所周知的原因,目前我們還不能獲得EUV光刻機的加持,這意味着7nm EUV節點,乃至目前台積電已經成熟大規模量產的5nm EUV,我們的代工企業還無法涉及。不過還好,我們現如今還有14nm 到 先進的7nm 這一段路,需要堅實的走過,夯實基礎,哪怕是12nm,N+1,N+2工藝,仍然需要我們的芯片企業通力合作,付出巨大的代價實現技術攻關。
而這期間,注定還有更多的風風雨雨,未來的處境仍將非常艱難,制造中國芯任重而道遠