28nm之后,令人望而生畏的巨额成本

28nm后,芯片的流片成本将成指数级增长。“如果说目前开一个28nm的芯片200-300万美元对很多公司来说已是不堪重负,那么,未来,开一款16nm的芯片成本将在千万美元左右,而开一款10nm的芯片,从现在各项投入来看,可能需要达到1.3亿美元。”在前不久举办的“2014上海fd- soi论坛”上,芯原微电子公司技术市场和应用工程师资深总监汪洋说道。不过,尽管如此昂贵,他透露国内仍有一些真土豪提出要开16nm的芯片,主要是那些为挖金币而定制的处理器芯片。
如果说28nm的设备与各方面的投入已经令人望而生畏,那么其之后的工艺,各种设备投入则会变成天文数字,并且,现在主流的finfets技术路线成本会更高,实现难度也更大。著名研究机构international business strategies(ibs) ceo handel jones在会上大力推荐fd-soi技术路线。他分析:“finfets 在设计上具有高成本与高难度,英特尔也由于这个原因,导致其14nm产品由于技术爬坡,延迟了15个月量产。三栅极产品是晶圆厂与无晶圆厂的芯片公司共同面临的重大难题。”他说道,“考虑到fd-soi功耗比bulk cmos低,但是成本又比finfets便宜。所以,我认为fd-soi是衔接28nm bulk cmos工艺与finfets的最好的技术。”
据会上介绍,韩国三星会同时走两条路线,并且正在考虑更偏向 fd soi。“三星明年一季度会有28nm fd-soi量产工艺推出,同时,其28nm的bulk cmos工艺会有大量产能放出来。明年28nm芯片的流片成本会快速下降。”汪洋分析。这个对于中国ic公司来说是一个好消息,因为目前仅有的三四家 28nm晶圆厂,不仅流片成本贵,而且中国公司根本抢不到产能。据昌旭了解,今年下半年,因为苹果的iphone6和iphone6 plus占了tsmc大量的20nm产能,导致像联发科技这种tsmc的重要客户也拿不到所需要的28nm足够产能,更不用说大陆的ic公司。并且,明年高端的手机芯片会转向20nm了,比如高通的s810系列明年初量产就是20nm了;而海思更是宣布已开始与tsmc在试产包括网络芯片与手机芯片两种产品的16nm工艺。
好了,下面我们来看看handel jones所分析的,在未来28后世代芯片产业链的巨额成本。
目前28nm的芯片哪些领域在用?
我们先看看目前热门的28nm工艺,主要是哪些应用在采用?图下分析可以看出,2015年至2016年,28nm的工艺主要应用领域还是手机应用处理器和基带。但是,其它应用上来也很快,比如说ott盒子和智能电视等市场。至2019年与2020年的时候,混合信号产品和摄像芯片也将会采用28nm的工艺了,当然,那时候,手机芯片就会采用更高端工艺了,看后面的分析。
并且,从下图可以看出,28nm工艺节点将会有一个较长的时间窗口,也就是它会在很长一段时间内是高端主流的工艺节点,因为成本的关系,大家不会很快地转向16nm/14nm。
fd soi工艺的市场潜力分析
目前,ibm与st在32nm与28nm上提供fd soi工艺,ibm的产能最大,st的产能小。明年,三星开始在28nm节点上推fd soi。“目前制约fd soi产能的一个重要因素是芯片载板材料短缺。全球主要有三家fd soi载板材料厂商:sun edison、soitec以及seh。”芯原fae总监汪洋说道。从下图看,ibs对于fd soi工艺的预期是非常高的。“物联网上需要的soc芯片,基于小尺寸、低功耗、长寿命周期,并且是数模混合的ic,这些都是fd soi工艺非常适合的。”handel jones解释。他特别看好物联网芯片未来对fd soi工艺的需求。
fd soi工艺成本优势分析
ibs认为,在28nm与14nm两个节点上,fd soi工艺都具有wafer成本优势。并且28nm fd soi与目前的28nm普通工艺比,没有太多的wafer成本提升。
每百万门的成本来看,fd soi也具有很大的优势。
上图:分析各种工艺晶圆厂的使用寿命,finfets的寿命最短。
ibs认为,拿物联网的应用来看,由于其对低功耗与低成本的要求,fd soi是最佳选择。
28nm后世代芯片巨额成本分析
如下图,对于finfet,完成一个14/16nm的设计,成本高达2.127亿美元。
下图,对于一个300mm的晶圆厂,生产10k的wpm,如果是未来的5nm节点,可能需要40亿美元!
下图:对于设备厂商而言,5nm节点的设备,在生命周期内将带来168亿美元的收入。
下图:每40k wpm晶圆片带来的收入,比如14/16nm可达47亿美元,而未来的5nm节点更是会达到94亿美元,所以wafer厂商在投产前就需要对应用进行教育,不能让产能空出来,那将是巨大的损失。
“业界很多人希望沿着英特尔的finfet路线走,他们不知道英特尔已遭遇finfet延迟量产的痛苦,并且英特尔每年投入到工艺研发的费用就高达30亿美元。”handel jones说道,“tsmc在16nm finfet上犯过一些错误,现在需要的是在10nm finfet上加速前进。今年,它在28nm的产能约为150k wpm,明年可达到180k wpm。”最后,他总结道:“人类在双极工艺上已有50年的历史,但是在3d晶体管上才刚刚开始,可靠性还需要证实。我们认为,28nm的fd soi是一个正在被证明的技术,而14nm fd soi将具有很大的潜力,并且可以扩展至10nm。”特别的,他指出:“中国的半导体工艺路线如果沿着finfet将会损失大量的金钱,对于中国来说,最好的选择是fd soi。”

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