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【芯观点】28nm大爆发,大陆何时能彻底攻克这座“堡垒”?

来源:爱集微

#芯观点#

#28nm#

05-27 17:13

集微网报道,当前的半导体先进制程已经演进到5nm量产阶段,但这并不代表成熟工艺已经过时,相反,28nm成熟工艺依旧备受市场“恩宠”。

缺芯、涨价、扩产……近段时间以来,关于28nm的消息更是层出不穷。在讨论火热的背后无外乎两个原因,一是市场对28nm旺盛的需求,二是全产业面临着较大晶圆代工缺口。而与此同时,28nm对于中国半导体产业而言还有着更为特殊的意义,这是一个整个行业必须攻破的高地,也或许将是走向下一个高地的最佳起跳板。

需求旺盛

业内普遍认为,28nm一直被认为是芯片制造的“黄金线”,28nm(含28nm)以上为成熟制程,以下为先进制程。从2010年底台积电量产算起至今,28nm已经问世10年,但在全球晶圆代工市场上,28nm的产值依然有上百亿美元,其中第一大厂台积电占了差不多60%的份额,另外一个28nm工艺代工大厂则是联电。

为何28nm成熟制程需求如此旺盛?从技术层面来看,28nm可以说是最具“高性价比”的制程技术。IBS的数据显示,28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工艺的成本为0.629亿美元,到了7nm和5nm,芯片的成本迅速暴增,5nm将增至4.76亿美元。相关资料显示,28/22nm采用高介电层/金属闸极(HKMG),是平面式技术世代中最高阶的制程,价格比16/12nm 所采用的 FinFET 技术低廉,可提供客户兼具效能与成本的最佳解决方案。


图源:西南证券

从终端产品应用来看,较为成熟的28nm节点主要应用包括中低端手机、平板、机顶盒、路由器等主芯片。据IC Insights《全球晶圆产能2019-2023报告》显示,至2019年底,28nm以下工艺制程的产能将占IC行业总产能的49%,换句话说,28nm及以上,仍有50%的份额。在智能驾驶、万物联网的趋势下,需要更多的IC,但也不必用到7nm、5nm生产,用28nm制程即可满足大部分的需求。

反观国内市场,28nm芯片在我国市场需求同样巨大,中国每年都有高达3000亿美元的芯片进口,2020年更是攀升至3800亿美元。这其中,绝大部分都并非制程工艺最先进的芯片。也就是说,在汽车、绝大多数电子设备上,22nm、28nm、90nm甚至100nm以上的制程工艺的芯片,都有大量使用。这意味着一旦完全掌握28nm芯片制造技术,我们很大程度上就能满足国内发展所需。

除此之外,近些年来,全球主要晶圆代工厂以加码先进制程为主,但新冠疫情带来的的居家办公、在线教育等需求,让采用成熟制程的电源管理芯片、显示面板驱动芯片等订单激增,也让这方面的产能持续趋紧。

业内知名分析师陈明(化名)指出,“此番28nm等成熟制程成为缺货重灾区,首先是需求端应用的增加,包括TWS、OLED驱动芯片、智能家电芯片、WiFi芯片都在转向成熟制程。而当前能做28nm代工的也只有台积电、联电、中芯国际等为数不多的几家晶圆厂。”

陈明进一步指出,虽然有很多原本采用28nm制程的产品开始转向14nm,但与此同时,也有很多更低制程的产品转向28nm,据他了解,国内某知名WiFi大厂,原有WiFi产品大多采用40nm制程,现在也开始转向28nm制程。

总体来看,28nm的大爆发,既得益于其自身技术和价格优势,更多的还在于市场需求的加持。

代工厂全线出击

显然,在旺盛的市场需求下,几大晶圆代工厂的产能已远远不能满足。此前资料也显示,台积电28nm产能在去年四季度已经满载,联电的28nm产能也持续吃紧。其中,在联电的部分,仅来自三星的手机影像处理器(ISP) 的需求,每月达到2万片28nm晶圆的数量。因此,扩产28nm产能成为当前各个晶圆厂的重要规划之一。

去年年底,联电就有对厦门联芯28nm进行扩产。今年4月,台积电和联电相继宣布扩产28nm。台积电方面,核准 28.87 亿美元资本预算,预计在南京厂建置月产 4 万片的 28nm 产能。联电则宣布投资约百亿元人民币,与多家全球领先的客户共同携手,通过全新的双赢合作模式,扩充在台南科学园区的 12英寸厂Fab 12A P6厂区的28nm产能。

大陆方面,去年底,中芯国际宣布携手大基金二期和亦庄国投投资497亿元建一座新的12英寸晶圆厂,聚焦28nm等成熟工艺,一期项目每月产能约10万片12英寸晶圆;今年3月,中芯国际又宣布携手深圳政府拟投资23.5亿美元,扩产4万片12英寸28nm产能。

在各大代工厂全线出击下,28nm需求紧缺的情况是否可以得到尽快缓解?上述分析师陈明认为:“明年28nm的产能供应会有所缓解,但估计要等到2023年产能大幅开出,届时供不应求的情况才能够完全缓解,甚至于还会供过于求。”

而由此,我们也需要思考一个问题:在各大代工厂开足火力加码28nm产线的时候,未来是否会面临产能过剩的问题。

在3月底,台积电董事长刘德音谈到全球芯片产能短缺时,他就提到,芯片产能短缺主要有新冠肺炎疫情、贸易争端、数字化转型等原因,但总体来看,全球芯片的整体产能仍大于需求,像现在产能很短缺的28nm,全球产能仍大于实际需求,只是因为新冠肺炎疫情或贸易纷争而造成供给吃紧。刘德音认为:“不确定性及市占率改变的时候,一定会有超额订购及重复下单情况。”可以预见的是,当产能不足时,各大代工厂将能够从中分食,而一旦产能过剩出现时,激烈竞争将在所难免,但大陆半导体厂商将优先获得“国产化”光环护体。

大陆何时能攻克28nm这座“堡垒”?

在愈演愈烈的市场需求下,28nm技术实现国产自主就显得尤为迫切。此前集微网就已分析,美国对中国半导体的种种政策背后,其真实意图或是要“卡位”中国28nm以下先进工艺。赛迪顾问集成电路产业研究中心负责人滕冉博士也曾表示:“目前我国向中高端迈进的需求非常迫切,一旦完全掌握了28nm技术,就意味着市场上绝大部分的芯片需求,我们都不会被卡脖子了。”

因此,无论从市场角度还是国家战略层面来看,28nm都是大陆必须尽早攻克的晶圆代工“堡垒”。

首先,大陆晶圆厂要拿下这座“堡垒”,就得面对台积电、三星、联电、格芯、英特尔等业内“拦路虎”。尤其是近日争论比较大的台积电南京28nm生产线,有声音认为,该条生产线将使大陆芯片代工企业不得不面临台积电的直接竞争。参考当年三星挤兑京东方的案例,处于技术验证、持续投资阶段的大陆代工厂将很难直面这一竞争。

图源:国元证券研究中心

然而,即便如此,大陆的28nm攻关也必须继续向前推进,此前分析机构Strategyanalytics报道称,中国大陆的目标是从28nm CMOS节点开始,实现半导体生产的自给自足,CMOS节点是集成电路(IC)使用最广泛的制造节点或特征尺寸。大陆可以通过在此节点制造IC来满足其大部分半导体需求,而且该计划似乎可以成功。

回到国内28nm产业链的发展上看,当前国内产业链在28nm工艺节点实现去美化生产已经逐渐接近成熟。当前国内拥有28nm及以下晶圆厂的企业包括中芯国际、上海华力微、合肥长鑫等,目前国产设备可进入28nm及以下晶圆制造产线的厂商包括华海清科、沈阳拓荆、盛美半导体、北方华创、中微公司等。总的来看,当前,除了光刻机,绝大多数设备和材料在28nm这个节点上基本已不存在技术问题,基本上都可以在28nm做到国产化。值得注意的是,国产28nm工艺节点光刻机也刚好在十三五规划中,按照时间点要在2020年研发完成,刚好可以在2021年上产线验证。

与此同时,国内对于芯片产业的重视程度与日俱增,政策扶持力度也不断加码。2014 年 9 月,国家大基金第一期成立,募集资金达 1,387 亿人民币,投资布局以半导体制造为主,占比重约为 67%。2019年10月,大基金二期浮出水面,将对包括蚀刻机、薄膜设备、测试设备、清洗设备等领域已有布局的企业提供大力且长期的支持,推动领域龙头做大市场地位,形成系列化、成套化设备产品。此外,国家最新政策大力支持28纳米及14纳米芯片制造业发展。与原有政策相比,国务院在2020年8月4日发布的新政策《关于印发新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》,加大了对28纳米及以下制程项目、企业的政策优惠,并加大了对28纳米及以下的晶圆厂、企业税费优惠的支持力度。

目前,28nm国产化计划主要面临着国产设备的验证问题。大陆的代工厂之所以发展速度不快,其中一个原因就是缺少客户和他们共同走完这个试错和升级流程。半导体专家莫大康曾撰文指出要给本土半导体设备厂商试错的机会,“半导体设备的研制过程一定从样机,经过多次的改型,才逐渐成为产品销售。对于任何新的产品,试错过程是必须的,而试错的过程就是要及时发现问题,经过多次改型后,达到设备的出厂要求。”他提到。当前,在中美两国紧张的国际关系之下,国外技术管制越发严苛,中国半导体发展举步维艰,但好的一面是这也使得国内制造产线本土化配套意愿提升,国产设备工艺验证周期大幅提速。 

结语:Strategyanalytics去年11月的报道就曾指出,中国大陆将在两年左右的时间内实现其在28nm节点上的独立自主的目标,这应该可以确保中国大陆电子行业的客户。按此预估,大陆实现28nm自主的目标已不再遥远。28nm这门现实生意,大陆可期。

(校对/holly)

责编: Aki

木棉

作者

微信:lm071137

邮箱:limei@lunion.com.cn

作者简介

关注半导体制造、设计,通信等领域,聚焦中国台湾地区产业的风向与动态。

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