28nm將在未來5年成為半導體應用的長節(jié)點制程工藝

  28nm目前全球的晶圓代工狀況

  在摩爾定律的指引下，集成電路的線寬不斷縮小，基本上是按每兩年縮小至原尺寸的70%的步伐前進。如2007年達到45nm，2009年達到32nm，2011年達到22nm。28nm工藝處于32nm和22nm之間，業(yè)界在更早的45nm(HKMG)工藝，在32nm處引入了第二代 high-k 絕緣層/金屬柵工藝，這些為28nm的逐步成熟打下了基礎。2013年是28nm制程的普及年，2015~2016年間，28nm工藝開始大規(guī)模用于手機應用處理器和基帶。晶圓上平面設計的極限在28nm可以達到最優(yōu)化成本。相對于后續(xù)開始的16/14nm需要導入FinFET工藝，晶圓制造成本會上升至少50%以上，只有類似于手機這種有巨大體量的應用領域可以分攤成本。在許多非消費類的相關應用中，28nm的工藝穩(wěn)定性，以及性能和成本的參數(shù)，都是非常具有性價比的。

  隨著28nm工藝技術的成熟，28nm工藝產(chǎn)品市場需求量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，并且這種高增長態(tài)勢持續(xù)到2017年。2015年至2016年，28nm工藝主要應用領域仍然為手機處理器和基帶。2017年之后，28nm工藝雖然在手機領域的應用有所下降，但在其他多個領域的應用迅速增加，如OTT盒子和智能電視等應用領域市場的增長速度較快。在全球的產(chǎn)能分布如下圖，巨大的產(chǎn)量儲備，也是為了未來更多新興應用領域的發(fā)展做儲備。

  Figure 1: Advanced technology capacity, 28 nanometer and below (includes 32-nanometer)

  Source: Omdia

  28nm目前國內(nèi)主要的芯片產(chǎn)品以及未來5年可能會導入的新的芯片產(chǎn)品

  從全球純晶圓代工的營收趨勢來看，除去臺積電引領的最先進工藝的高毛利，其他全球的晶圓廠營收主要來自于穩(wěn)定成熟的工藝。純晶圓代工的企業(yè)中，聯(lián)電、Globalfoundry、SMIC等，在28nm(以及相關衍生工藝)上都有穩(wěn)步的性能提升及各種新產(chǎn)品的導入來滿足客戶不同需求。

  Source: Omdia

  據(jù)Omdia的觀察，以下產(chǎn)品將成為28nm產(chǎn)線的主流，并且綜合成本和性能考量，在比較長的一段時間內(nèi)都會穩(wěn)定在28nm上生產(chǎn)。

  OLED Driver

  隨著手機配置的提升以及全球OLED面板產(chǎn)能的持續(xù)釋放，OLED的增長將帶來OLED Driver的需求增量。目前OLED Driver主要集中在韓系廠商，28nm在未來3-5年即將成為高端OLED Driver的主流工藝(低功耗，SRAM面積更小)。

  Figure 3: Smartphone OLED long-term demands

  Connectivity Chips

  IoT的應用爆發(fā)，傳統(tǒng)家電設備的升級，使得各種應用終端上對于WIFI、藍牙等無線連接的需求增加，目前主流的無線連接技術都已經(jīng)向28nm技術遷移。未來工業(yè)及消費類的升級，必然帶動大量的無線連接需求。

  FPGA

  FPGA在各種專有應用領域，如復合型計算中心、無線基站、自動駕駛汽車等場景中，都有巨大的應用空間。28nm的工藝無論從計算性能還是綜合功耗來看，都是比較優(yōu)化的選擇方案。

  Navigation (GNSS, Beidou, GPS)

  隨著中國國內(nèi)北斗導航的組網(wǎng)成功，帶有北斗導航功能的應用終端會越來越多。目前導航類的芯片尤其具備北斗性能的，都從28nm設計工藝起跳，未來應用空間巨大。

  4G Transceiver

  雖然5G的手機進入了快速成長期，但是就全球而言，4G的手機銷量依然有巨大增長空間，4G的Transceiver主流的設計工藝都是28nm。

  Edge Computing

  云邊結合，邊緣側(cè)本地計算的需求越來越多。目前邊緣側(cè)的計算一般都帶有簡單的人工智能解析能力，28nm對于這種本地化數(shù)據(jù)采集以及初步邏輯計算能力相對較強的應用場景而言，是非常具有優(yōu)勢的。

  NB-IoT, LoRA,Cat.1,eMTC

  具備IoT主流協(xié)議的SoC芯片，設計都以28nm為主，而且會成為長期的主流選擇。

  新興應用領域以及未來五年的市場發(fā)展趨勢

  近年來，隨著手機上新的硬件升級以及物聯(lián)網(wǎng)的興起和普及，越來越多的新興應用的產(chǎn)生，催生了28nm即將進入下一個需求旺盛的周期。

  Source: Omdia

  結論

  28nm雖然是個很不錯的高性價比制程，但各代工企業(yè)在該節(jié)點處的競爭愈發(fā)激烈，除了臺積電、聯(lián)電、三星、格芯及中芯國際之外，眼下華虹也加入了戰(zhàn)團。

  由于摩爾定律發(fā)展到28nm工藝節(jié)點的時候，出現(xiàn)了不同以往的情況，即從28nm開始，再向更高節(jié)點發(fā)展，如20、16、14、10、7nm等，集成電路中每個晶體管的成本不再下降，而是上升。

  當然，在面對FinFET的挑戰(zhàn)，三星和Globalfoudry也先后推出了FD-SOI的技術。于SOI工藝來說，28nm制程更具優(yōu)勢，可以撐很久，而且當工藝再往前演進時，SOI會越來越有優(yōu)勢。28nm算是一個分界點。到了這個節(jié)點，工藝可以很輕松地轉(zhuǎn)換到SOI。

  我們將看到，由于5G的商用，我們將要實現(xiàn)的是一個全面數(shù)字化的連接世界。芯片作為基礎化的基點，將越來越多被采用到各種技術升級及革新中。以手機為驅(qū)動的先進工藝的演進和以萬物互聯(lián)為訴求的無處不在的計算和連接將成為未來半導體的雙驅(qū)動力。無疑，28nm會為構建萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)提供穩(wěn)定堅實的基礎供應。