近幾個(gè)月，晶圓代工廠相繼宣布擴(kuò)充產(chǎn)能，華虹半導(dǎo)體宣布建設(shè)一條工藝等級(jí)為90-65/55nm的生產(chǎn)線，臺(tái)積電、聯(lián)華電子及中芯國際也紛紛指向了28nm產(chǎn)能擴(kuò)充。

最早是今年3月18日，中芯國際發(fā)布公告稱公司與深圳市簽訂合作框架協(xié)議，中芯深圳將重點(diǎn)生產(chǎn)28nm及以上的集成電路和提供技術(shù)服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)每月約4萬片12吋晶圓產(chǎn)能，預(yù)計(jì)項(xiàng)目投資金額23.5億美元（折合152.75億元人民幣）。

4月份，臺(tái)積電宣布斥資28.87億美元（折合187.19億元人民幣）擴(kuò)充南京臺(tái)積電28nm產(chǎn)能，預(yù)計(jì)達(dá)到美元4萬片的生產(chǎn)規(guī)模。緊接著，聯(lián)電也召開線上會(huì)議，宣布投資約135.3億元人民幣擴(kuò)充在臺(tái)南科學(xué)園區(qū)的12吋廠Fab12的28nm產(chǎn)能。

這幾家宣布擴(kuò)產(chǎn)的代工廠，都預(yù)計(jì)將在2022年開始正常生產(chǎn)。十多年前開發(fā)出的28nm工藝制程，在5nm先進(jìn)制程被廣泛用在智能手機(jī)上的今天，依然熱度不減，甚至引發(fā)各個(gè)晶圓廠之前新一輪競(jìng)爭(zhēng)。

值得注意的是，這次28nm產(chǎn)能的集體擴(kuò)充，與當(dāng)下備受關(guān)注的缺芯潮并無太大直接聯(lián)系。

代工巨頭臺(tái)積電的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”

依然是在摩爾定律的推動(dòng)下，芯片工藝制程在2010年左右發(fā)展到28nm，彼時(shí)的半導(dǎo)體公司受金融危機(jī)影響元?dú)獯髠?，很多IDM公司或剝離制造業(yè)務(wù)或?qū)⒏嗟馁Y源投資到芯片設(shè)計(jì)中，給晶圓代工廠帶來更多發(fā)展空間。

在78歲高齡的張忠謀重回歸臺(tái)積電后，臺(tái)積電在2011年成為首個(gè)量產(chǎn)28nm工藝制程的代工廠。當(dāng)時(shí)的報(bào)道稱，臺(tái)積電推出的第一個(gè)版本的是低功耗28nmLP，采用傳統(tǒng)的SiON工藝，引入了多晶硅柵和二氧化硅硝酸鹽，適合低頻環(huán)境。

事實(shí)上，工藝制程發(fā)展到45nm時(shí)，核心面積減少導(dǎo)致單位面積密度增高，漏電問題更加嚴(yán)重，此時(shí)傳統(tǒng)的二氧化硅柵極介電質(zhì)工藝遇到瓶頸，也就是臺(tái)積電所量產(chǎn)的第一代28nm產(chǎn)品，雖然能夠縮小芯片面積但并未解決高功耗的問題，因此業(yè)界普遍轉(zhuǎn)向了能夠降低漏電的HKMG（high-k絕緣層+金屬柵極）疊層技術(shù)。

而在選擇HKMG晶體管結(jié)構(gòu)上，業(yè)界分成兩大陣營，一家是以IBM為首的Gate-First工藝流派，其支持者還有英飛凌、NEC、GF、三星和意法半導(dǎo)體等芯片制造技術(shù)聯(lián)盟所屬成員。另一家是以Intel、臺(tái)積電為代表的Gate-Last工藝流派。這兩種工藝流派各自都有需要攻克的難點(diǎn)，前者的PMOS管門限電壓難以控制，后者需要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)積極配合修改電路來提升管芯密度。盡管雙方都宣稱自己的工藝更適合HKMG晶體管，但未有實(shí)際產(chǎn)品出世證明誰更優(yōu)越。

率先在2012年攻克了28nm HKMG制程的臺(tái)積電證明了更少人看好的 Gate-Last更具潛力與優(yōu)勢(shì)，推出適用于高頻的28nm而后繼續(xù)向20nm前進(jìn)。

臺(tái)積電工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)展歷程，圖片源自臺(tái)積電官網(wǎng)

而這一次在HKMG上的選擇讓臺(tái)積電大獲全勝，營收與獲利屢創(chuàng)新高，將彼時(shí)最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星、GF遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。在迅速轉(zhuǎn)向28nm的2012年，臺(tái)積電在第四季度財(cái)報(bào)會(huì)上表示：公司在這一年里實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的營收和利潤，出貨量相比2011年增長(zhǎng)了30倍。

到了2013年，三星、GF以及UMC的28nm HKMG才剛剛導(dǎo)入量產(chǎn)，而臺(tái)積電則利用先發(fā)優(yōu)勢(shì)快速搶占客戶資源、占領(lǐng)市場(chǎng)，28nm出貨量持續(xù)攀升，甚至占據(jù)了超過80%的細(xì)分節(jié)點(diǎn)市場(chǎng)份額。

各晶圓廠28nm及以下的量產(chǎn)能力，圖片源自O(shè)MDIA

雖然摩爾定律指出，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目大約每經(jīng)過18個(gè)月便會(huì)增加一倍，處理器性能每隔兩年翻一倍，但并不意味著工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)展到下一代時(shí)，上一代就失去存在的意義，對(duì)28nm而言更是如此。

效益最高、應(yīng)用廣泛的黃金28nm

臺(tái)積電雖然早在2011年就實(shí)現(xiàn)了28nm的量產(chǎn)且一直在開發(fā)更加先進(jìn)的工藝，但28nm卻始終是臺(tái)積電的核心業(yè)務(wù)，2016年?duì)I收占比26%，2017年和2018年占比23%，直到2020年，28nm的營收也依然占總營收的12.67%，僅次于7nm和16nm，需要用到EUV光刻機(jī)才能制造的5nm節(jié)點(diǎn)營收也只占全年收入的7.72%。

28nm能夠支撐臺(tái)積電核心業(yè)務(wù)近十年，主要有兩個(gè)重要原因。一方面是先進(jìn)制程中28nm成本效益高，往后需要FinEFT工藝的16/14nm節(jié)點(diǎn)，晶圓制造成本將增加至少50%，同時(shí)使用壽命比不上28nm節(jié)點(diǎn)，更先進(jìn)的工藝成本更高，只用擁有最大市場(chǎng)的智能手機(jī)才能承受如此昂貴成本。

另一方面，隨著28nm工藝的成熟，市場(chǎng)需求呈爆炸性增長(zhǎng)，從最開始應(yīng)用在手機(jī)處理器和基帶上，到后來在OOT盒和智能電視等更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著個(gè)人集成電路時(shí)代的到來以及物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)的演進(jìn)，無論是用來改善手機(jī)屏幕的OLED驅(qū)動(dòng)器，還是滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的各種連接芯片，還是用在混合計(jì)算中心、無線基站以及自動(dòng)駕駛汽車等專有領(lǐng)域的FPGA，高性能低功耗的28nm工藝都是理想的選擇。

放眼于全球，根據(jù)TrendForce調(diào)查研究，2020年28nm及以上制程的產(chǎn)品線更加廣泛，包括CMOS圖像傳感器、小尺寸面板驅(qū)動(dòng)IC、射頻元件、電視系統(tǒng)單芯片、WiFi及藍(lán)牙芯片等眾多需求增長(zhǎng)，28nm訂單持續(xù)爆滿。

還有一個(gè)重要原因是，盡管客戶更愿意使用更加成熟的工藝和更低的成本制造，但8吋晶圓廠隨著設(shè)備折舊而數(shù)量大幅下降，即200mm晶圓利用率升高且產(chǎn)能增長(zhǎng)緩慢，因此原本能夠用更加成熟制程的電子產(chǎn)品也被迫往28nm遷移。

擴(kuò)產(chǎn)28nm是共識(shí)，缺芯潮只是引爆點(diǎn)

晶圓代工廠們相繼宣布擴(kuò)產(chǎn)28nm，表面上看似乎與當(dāng)下的缺芯潮密切相關(guān)，擴(kuò)產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成熟、效益最高的28nm產(chǎn)能，能更好更快地解決缺芯問題。

不過產(chǎn)能擴(kuò)充往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間周期，這些28nm芯片至少明年才能正常生產(chǎn)，短時(shí)間內(nèi)依然無法解決產(chǎn)能短缺的問題。實(shí)際上業(yè)界和市場(chǎng)早已對(duì)28nm做出評(píng)估，即使沒有這一次缺芯潮，依然會(huì)選擇擴(kuò)產(chǎn)28nm工藝。

一位半導(dǎo)體行業(yè)資深人士告訴雷鋒網(wǎng)，擴(kuò)產(chǎn)反應(yīng)了業(yè)界對(duì)28nm工藝制程的共識(shí)，未來半導(dǎo)體行業(yè)的整體用量依然會(huì)繼續(xù)增加，包括車用、電源等方面，就整個(gè)晶圓廠目前28nm的產(chǎn)能，也沒有特別大，中芯國際目前28nm月產(chǎn)能大約在8萬片。

“產(chǎn)能遲早都要往前走，這次的缺芯潮是一個(gè)誘因，讓各個(gè)晶圓廠下定決心一起往前走?！?/strong>

值得注意的是，去年年底我國國務(wù)院也發(fā)布《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，政策顯示，國家鼓勵(lì)的集成電路線寬小于28納米(含)，且經(jīng)營期在15年以上的集成電路生產(chǎn)企業(yè)或項(xiàng)目，第一年至第十年免征企業(yè)所得稅。從某種程度上也證明了28nm的重要性。

或許28nm看上去沒有5nm、2nm高端，但適用范圍確實(shí)更加廣泛，人人都在關(guān)注更加先進(jìn)的制程支撐智能手機(jī)這塊巨大的市場(chǎng)，但最先進(jìn)的不一定適合所有，應(yīng)用范圍最廣泛的不一定最先進(jìn)。

文章參考鏈接：

https://omdia.tech.informa.com/OM016176/28nm-to-be-a-long-lived-node-for-semiconductor-applications-in-the-next-five-years

https://www.cnbeta.com/articles/tech/106647.htm

http://news.moore.ren/industry/75253.htm

http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201711211053905974_01.pdf

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