28nm将在未来5年成为半导体应用的长节点制程工艺

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28nm目前全球的晶圆代工状况

在摩尔定律的指引下，集成电路的线宽不断缩小，基本上是按每两年缩小至原尺寸的70%的步伐前进。如2007年达到45nm，2009年达到32nm，2011年达到22nm。28nm工艺处于32nm和22nm之间，业界在更早的45nm（HKMG）工艺，在32nm处引入了第二代 high-k 绝缘层/金属栅工艺，这些为28nm的逐步成熟打下了基础。2013年是28nm制程的普及年，2015~2016年间，28nm工艺开始大规模用于手机应用处理器和基带。晶圆上平面设计的极限在28nm可以达到最优化成本。相对于后续开始的16/14nm需要导入FinFET工艺，晶圆制造成本会上升至少50%以上，只有类似于手机这种有巨大体量的应用领域可以分摊成本。在许多非消费类的相关应用中，28nm的工艺稳定性，以及性能和成本的参数，都是非常具有性价比的。

随着28nm工艺技术的成熟，28nm工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势，并且这种高增长态势持续到2017年。2015年至2016年，28nm工艺主要应用领域仍然为手机处理器和基带。2017年之后，28nm工艺虽然在手机领域的应用有所下降，但在其他多个领域的应用迅速增加，如OTT盒子和智能电视等应用领域市场的增长速度较快。在全球的产能分布如下图，巨大的产量储备，也是为了未来更多新兴应用领域的发展做储备。

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

28nm目前国内主要的芯片产品以及未来5年可能会导入的新的芯片产品

从全球纯晶圆代工的营收趋势来看，除去台积电引领的最先进工艺的高毛利，其他全球的晶圆厂营收主要来自于稳定成熟的工艺。纯晶圆代工的企业中，联电、Globalfoundry、SMIC等，在28nm（以及相关衍生工艺）上都有稳步的性能提升及各种新产品的导入来满足客户不同需求。

Source: Omdia

据Omdia的观察，以下产品将成为28nm产线的主流，并且综合成本和性能考量，在比较长的一段时间内都会稳定在28nm上生产。

  • OLED Driver

随着手机配置的提升以及全球OLED面板产能的持续释放，OLED的增长将带来OLED Driver的需求增量。目前OLED Driver主要集中在韩系厂商，28nm在未来3-5年即将成为高端OLED Driver的主流工艺（低功耗，SRAM面积更小）。

Figure 3: Smartphone OLED long-term demands
  • Connectivity Chips

IoT的应用爆发，传统家电设备的升级，使得各种应用终端上对于WIFI、蓝牙等无线连接的需求增加，目前主流的无线连接技术都已经向28nm技术迁移。未来工业及消费类的升级，必然带动大量的无线连接需求。

  • FPGA

FPGA在各种专有应用领域，如复合型计算中心、无线基站、自动驾驶汽车等场景中，都有巨大的应用空间。28nm的工艺无论从计算性能还是综合功耗来看，都是比较优化的选择方案。

  • Navigation (GNSS, Beidou, GPS)

随着中国国内北斗导航的组网成功，带有北斗导航功能的应用终端会越来越多。目前导航类的芯片尤其具备北斗性能的，都从28nm设计工艺起跳，未来应用空间巨大。

  • 4G Transceiver

虽然5G的手机进入了快速成长期，但是就全球而言，4G的手机销量依然有巨大增长空间，4G的Transceiver主流的设计工艺都是28nm。

  • Edge Computing

云边结合，边缘侧本地计算的需求越来越多。目前边缘侧的计算一般都带有简单的人工智能解析能力，28nm对于这种本地化数据采集以及初步逻辑计算能力相对较强的应用场景而言，是非常具有优势的。

  • NB-IoT, LoRA,Cat.1,eMTC

具备IoT主流协议的SoC芯片，设计都以28nm为主，而且会成为长期的主流选择。

新兴应用领域以及未来五年的市场发展趋势

近年来，随着手机上新的硬件升级以及物联网的兴起和普及，越来越多的新兴应用的产生，催生了28nm即将进入下一个需求旺盛的周期。

Source: Omdia

结论

28nm虽然是个很不错的高性价比制程，但各代工企业在该节点处的竞争愈发激烈，除了台积电、联电、三星、格芯及中芯国际之外，眼下华虹也加入了战团。

由于摩尔定律发展到28nm工艺节点的时候，出现了不同以往的情况，即从28nm开始，再向更高节点发展，如20、16、14、10、7nm等，集成电路中每个晶体管的成本不再下降，而是上升。

当然，在面对FinFET的挑战，三星和Globalfoudry也先后推出了FD-SOI的技术。于SOI工艺来说，28nm制程更具优势，可以撑很久，而且当工艺再往前演进时，SOI会越来越有优势。28nm算是一个分界点。到了这个节点，工艺可以很轻松地转换到SOI。

我们将看到，由于5G的商用，我们将要实现的是一个全面数字化的连接世界。芯片作为基础化的基点，将越来越多被采用到各种技术升级及革新中。以手机为驱动的先进工艺的演进和以万物互联为诉求的无处不在的计算和连接将成为未来半导体的双驱动力。无疑，28nm会为构建万物互联的物联网提供稳定坚实的基础供应。


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