N＋1工藝，力求破局

最新消息，中芯國(guó)際CEO梁孟松宣布中芯國(guó)際目前正在全力研發(fā)N＋1工藝，已進(jìn)入客戶(hù)導(dǎo)入產(chǎn)品認(rèn)證階段，并且提到N＋1工藝的芯片相較14nm性能提升20％、功耗降低57％、邏輯面積縮小63％，SoC面積縮小55％。

從中芯國(guó)際N＋1工藝芯片性能來(lái)看，幾乎相當(dāng)于臺(tái)積電第一代7nm工藝，預(yù)計(jì)年底即可量產(chǎn)。

值得注意的是，中芯國(guó)際的N＋1工藝并不等于7nm工藝。市場(chǎng)上7nm工藝相較14nm，基準(zhǔn)提升幅度是35％，而中芯國(guó)際的N＋1工藝提升幅度為20％，相較略為遜色。但其成本較低，且N＋1工藝制程并不需要EUV。在這一點(diǎn)上，中芯國(guó)際無(wú)疑是取得了技術(shù)性的突破。

N＋1取得的喜人成就，不禁讓業(yè)界對(duì)中芯國(guó)際的N＋2工藝充滿(mǎn)期待，N＋2工藝在性能上比N＋1進(jìn)一步提升，更逼近市場(chǎng)7nm工藝。

相對(duì)于半導(dǎo)體市場(chǎng)的7nm，N＋1工藝上雖然比7nm稍顯遜色，但其成本比市場(chǎng)上的7nm低大約10％。對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)品需求大的廠商，無(wú)疑這個(gè)突如其來(lái)的喜訊定會(huì)引起他們極大的興趣。此外，相較美國(guó)控股的臺(tái)積電，中芯國(guó)際顯然更值得他們信賴(lài)。

中芯國(guó)際在制程工藝上的進(jìn)步，對(duì)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)有著很大的激勵(lì)作用。然而，中芯國(guó)際的技術(shù)發(fā)展之路上，并不是一帆風(fēng)順的。

不容忽視的技術(shù)代差

早在2017年，中芯國(guó)際的集成電路制造工藝還停留在28nm階段，而此時(shí)的臺(tái)積電已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)10nm集成電路芯片。28nm和10nm之間還間隔著14nm的制作工藝差距。數(shù)據(jù)顯示，同功耗下14nm可達(dá)到的頻率比28nm要高出61％。中芯國(guó)際和臺(tái)積電的技術(shù)差距可想而知。

這個(gè)問(wèn)題，隨著梁孟松的加入，終于有了改觀。梁孟松用了僅僅300天的時(shí)間，就讓中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)了從28nm到14nm的技術(shù)跨越，14nm芯片的良品率也從3％提高到 95％。可以說(shuō)，梁孟松的加入帶動(dòng)了中芯國(guó)際制程工藝的跨越式發(fā)展。中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)28nm到14nm的跨越，也極大地振奮了國(guó)內(nèi)自主芯片產(chǎn)業(yè)的信心。

2020年1月份，中芯國(guó)際再次傳來(lái)了令人激動(dòng)的喜訊，中芯國(guó)際旗下的的中芯南方集成電路制造有限公司宣布首條14nm生產(chǎn)線(xiàn)投入生產(chǎn)。

然而，中芯國(guó)際的集成電路制造技術(shù)距世界先進(jìn)水平還是有很大差距。不久前，臺(tái)積電宣布5nm生產(chǎn)線(xiàn)即將投入量產(chǎn)，而同為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的三星已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)向3nm生產(chǎn)線(xiàn)。在芯片領(lǐng)域，14nm和5nm之間還間隔著7nm的技術(shù)差距，也就是說(shuō)，中芯國(guó)際和臺(tái)積電的半導(dǎo)體技術(shù)仍然相差兩代。

中芯國(guó)際制造技術(shù)突破的道路上，有兩個(gè)難題——技術(shù)封鎖和資金匱乏。

眾所周知，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展是建立在“燒錢(qián)”模式上的。每一次納米工藝的進(jìn)步，其成本都以幾何倍增長(zhǎng)。2019年中芯國(guó)際投入研發(fā)的資金達(dá)6．874億美元，占銷(xiāo)售收入的22％。

圓晶的成本隨著制程的金屬層數(shù)隨著工藝的演進(jìn)不斷提升。例如13nm制程有六層金屬，5nm最少會(huì)有14層金屬，此外，半導(dǎo)體制作中還要引入新的技術(shù)，14nm時(shí)需要引入FinFET技術(shù)，5nm時(shí)引入堆疊橫向納米線(xiàn)技術(shù)。

其次是光刻技術(shù)成本。40nm和45nm制程需要用到40層光罩，而14nm和10nm就需要60層光罩。這對(duì)光刻機(jī)的要求近乎是苛刻的，而全球僅有一家成功成功開(kāi)發(fā)EUV的公司——荷蘭的阿斯麥。去年5月，中芯國(guó)際向荷蘭訂購(gòu)一臺(tái)光刻機(jī)，而這臺(tái)光刻機(jī)的價(jià)格就達(dá)1．2億歐元，其價(jià)格相當(dāng)于兩架波音737。

再者，美國(guó)一直掌握著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)行技術(shù)封鎖。據(jù)路透社報(bào)道，美國(guó)周一宣布對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備限制出口，防止中國(guó)通過(guò)民用商業(yè)等途徑獲取半導(dǎo)體設(shè)備和技術(shù)。

縱觀中芯國(guó)際發(fā)展歷程，在重重困境中一步步走到今天，實(shí)屬不易。雖然中芯國(guó)際的工藝實(shí)力相較于世界頂尖水平還有差距，但中芯國(guó)際依舊給業(yè)界創(chuàng)造了不少奇跡。N＋1工藝已經(jīng)逼近7nm水準(zhǔn)，而往后性能更加強(qiáng)大的的N＋2工藝，必然能在技術(shù)上讓中芯國(guó)際更有底氣。

中芯國(guó)際此次技術(shù)工藝的突破，對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)來(lái)說(shuō)也具有戰(zhàn)略意義。一方面，中芯國(guó)際的技術(shù)突破讓“中國(guó)芯”在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有了更多的話(huà)語(yǔ)權(quán)，為中國(guó)電子產(chǎn)品企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。另一方面，中芯國(guó)際的新工藝也為我國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)研發(fā)爭(zhēng)取了更多的時(shí)間。

不過(guò)，目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展階段，還存在很大差距，這也意味著中芯國(guó)際的前行之路依舊任重道遠(yuǎn)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大環(huán)境不利的情況下，中芯國(guó)際技術(shù)發(fā)展之路，必然充滿(mǎn)著千難萬(wàn)險(xiǎn)。