28nm,再起风云

曾几何时,芯片制造是少数几个国家或地区能做的事。尤其是在28nm以上工艺,因为对技术的要求,能做这个工艺的国家或地区更是屈指可数。即使是我们国家,也是花费了很长一段时间才攻克这个工艺,但直到现在,我国的28nm工艺也说不上尽善尽美。

然而,继台积电在去年年底宣布日本工厂已经量产28nm以后,印度近日也宣布,该国第一颗“made in india”的28nm芯片,将在今年亮相。

考虑到全球当前的新兴晶圆厂布局。诞生于2011年的28nm工艺,再起风云。

28nm,长寿节点

资料显示,2011年,台积电成为首家提供28纳米通用工艺技术的晶圆代工厂。据当时资料显示,台积电在28nm提供四种工艺变体,即 HP(High Performance)、HPM(Hig Performance Mobile)、HPL(high performance low power), 和 LP(low power)。

时任台积电董事长张忠谋在当时曾预计, 28 纳米将成为有史以来最大的节点,产量将超过 65 纳米节点,峰值每月将超过 130,000 片晶圆。

值得一提的是,28 nm 工艺是台积电首次使用高 k 金属栅极 (HKMG) 晶体管。HP 和 HPL 技术采用 HKMG 晶体管,而 LP 使用传统的多晶硅栅极,并采用 ONO 栅极电介质。

在随后的发展中,28nm的受欢迎程度也证明了张忠谋的眼光独到。如图所示,截止2024年,28nm工艺依然位列公司营收贡献第四大节点,仅次于3nm、5nm和7nm,年贡献的营收总额高达63亿美元,足以看到这个工艺的基业长青。

知名分析机构Omdia在2020年曾撰写报告直言,28nm会是一个长寿的节点,具体原因如下所示。

Omdia指出,28nm工艺介于32nm和22nm之间,在45nm(HKMG)和32nm节点,业界引入了high-k/metal gate工艺,为28nm的逐步成熟奠定了基础。2013年是28nm工艺普及之年,2015-2016年,28nm工艺开始规模应用于手机应用处理器和基带。

Omidia分析说,晶圆平面工艺在28nm时最具成本效益,而对于后续需要FinFET工艺的16/14nm,晶圆制造成本至少会增加50%,只有手机等体量巨大的应用才能消化成本。为此,Omidia认为,在很多相关的非消费类应用中,28nm凭借其在可靠性、性能和成本之间的平衡,提供了很好的性价比。

在2022年,台积电更是鼓励其最老(且密度最低)节点的客户将他们的一些成熟设计迁移到其 28 纳米级工艺技术。

台积电业务开发高级副总裁 Kevin Zhang 当时表示:“我们目前没有扩大 40 纳米节点的产能。你建了一个晶圆厂,但要等到两三年后才能投产。所以,你真正需要考虑的是未来产品的发展方向,而不是产品目前的状况。”

“很多客户的产品目前都处于 40 nm 甚至更老的 65 nm 阶段。他们正在转向更低的先进节点。20/28 nm 将成为支持未来专业化的重要节点。”Zhang 补充说。

全球扩建28nm晶圆厂

正因为28nm拥有如此好的前景,所以全球晶圆厂正在扩建28nm晶圆厂。台积电无疑是其中最积极的,他们在日本、欧洲都宣布了28nm的建设计划,在中国大陆也宣布了扩产28nm的计划。

资料显示,台积电熊本一厂于2021年11月宣告建厂、2022年4月动工,两年内兴建完成,该厂为台日合资所建,其中台积电占股50%~70%,日本索尼半导体(SSMC)约20%、丰田集团的电装DENSO)约10%,

在日本支持下,台积电熊本新厂资本支从原订约70亿美元拉升至86亿美元,提供22/28纳米、12/16纳米制程产能,月产能也较最初目标4.5万片提升为5.5万片12吋晶圆。熊本新厂从2024年12月起量产。

同时,台积电规划的德国厂在今年底动工,2027年底量产,预计采用22/28纳米平面互补金属氧化物半导体(COMS),以及12/16纳米鳍式场效晶体管(FinFET)制程技术量产,初期每月产能约可达4万片12吋晶圆。

中国大陆本土的晶圆厂,考虑到内外因素的影响,也在大力投资28nm工艺建设。其他诸如三星、联电、力积电和格罗方德,也在28nm上花了不少心思。

首先,在先进制程受挫的三星也开始在成熟制程上发力。去年11月底刚刚升任三星电子设备解决方案部foundry业务总裁兼总经理的韩真晚(Han Jinman)在致员工的内部信中表示,三星代工部门要实现先进、成熟制程两手抓。韩真晚认为成熟制程的竞争力同样重要,代工部门应努力扩大成熟制程的商业规模,需要集中精力获取更多客户。热门的28nm自然也是他们的重点之一。

在联电方面,公司于2022年就宣布在新加坡Fab12i厂区扩建1座崭新的先进晶圆厂计划,新厂第1期的月产能规划为3万片晶圆,提供22/28纳米制程,总投资金额为50亿美元(约新台币1400亿元),预计于2024年量产。

值得一提的是,联电的22/28纳米的营收占比在2024年四季度将提升到35-40%,而2023年同期22/28纳米晶圆营收占比仅为34%。

此外,2024年五月,力积电力耗资3000亿台币的铜锣新厂,也是台湾最新一座12吋晶圆厂P5,在五月初举行启用典礼,惟该厂将建置55、40、28纳米制程,预计月产能可达5万片。

力积电在2023年还与日本SBI Holdings, Inc.合资设立JSMC首座晶圆厂,选定日本宫城县黑川区大衡村的第二北仙台中央工业园区,外媒报导,该厂有可能提前一年至2026年量产,提前抢食日本市场商机。据了解,该厂预定量产28纳米至55纳米制程,初期月产能规划1万片,最终月产能目标将达4万片,主要进攻车用芯片市场,

同时,如文章开头所说,力积电和印度塔塔集团合作兴建的12英寸晶圆厂举行动土典礼。力积电董事长黄崇仁表示,该工厂将于2026年底量产28纳米半导体芯片。预计月产能达5万片晶圆。该工厂将涵盖28nm、40nm、55nm、90nm、110nm多种成熟节点。

写在最后

从上文可以看到,可以肯定的是,全球的主要芯片制造基地都在大力提供28nm工艺。但与此同时,围绕着成熟制程一些杂音也在响起。

市调机构集邦科技表示,半导体成熟制程订单能见度维持在1季左右,2025年展望仍具变量,预估全球前10大晶圆代工厂明年成熟制程产能利用率将约75%以上。

此外,考虑到台积电此前曾将28nm工艺工厂转为3nm工厂,联电新加坡工厂也在考量市场情况和客户订单,预计将延至2026年1月试产,当年下半年进入量产。

由此可见,包括28纳米在内的成熟制程,一轮新的淘汰赛,即将打响。

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