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芯片微型化挑戰(zhàn)極限,成熟制程被反推向熱潮

奇普樂芯片技術(shù) ? 來源:奇普樂芯片技術(shù) ? 2024-08-27 10:38 ? 次閱讀
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昔日,芯片制造的巔峰追求聚焦于先進制程技術(shù),各廠商競相追逐,摩爾定律的輝煌似乎預(yù)示著無盡前行的時代......

人工智能AI)技術(shù)浪潮推動下,先進制程芯片需求激增,導(dǎo)致市場供不應(yīng)求,價格扶搖直上,呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的緊俏局面。同時,與此形成鮮明對比,成熟制程芯片領(lǐng)域卻已悄然拉開價格戰(zhàn)的序幕。

從技術(shù)創(chuàng)新的角度看,成熟制程并非停滯不前。

相反,由于工藝優(yōu)化、材料創(chuàng)新等技術(shù)的不斷應(yīng)用,這些制程在提升效率、降低能耗、增強可靠性等方面仍有巨大的潛力可挖。

同時,面對定制化、差異化的市場需求,成熟制程技術(shù)也展現(xiàn)出了其靈活性和適應(yīng)性,能夠根據(jù)客戶需求進行快速調(diào)整和優(yōu)化。

回顧2023年的全球半導(dǎo)體行業(yè)時,一個不可忽視的現(xiàn)象是晶圓代工成熟制程產(chǎn)能利用率的持續(xù)低位徘徊;這一現(xiàn)象不僅反映了當(dāng)前市場的復(fù)雜性和多變性,也預(yù)示著行業(yè)內(nèi)部正在經(jīng)歷一場深刻的調(diào)整與變革。

因此,市場需求低迷是導(dǎo)致晶圓代工成熟制程產(chǎn)能利用率低下的重要原因。智能手機、筆記本電腦、電視等消費類電子產(chǎn)品的銷量下滑,直接影響了對芯片的需求。

這意味著,半導(dǎo)體行業(yè)進入消化過剩庫存的階段,也加劇了市場需求的疲軟。面對供過于求的局面,晶圓代工廠商不得不采取降價策略以爭取訂單,這進一步壓縮了利潤空間,使得產(chǎn)能利用率難以有效提升。

值得一提的是:談及芯片技術(shù),近期頻繁被聚焦的莫過于引人注目的芯片制程議題。

芯片,這一微觀世界的奇跡,是由不計其數(shù)的晶體管精密構(gòu)建而成;每個晶體管,作為構(gòu)成芯片的基本單元,都巧妙地融合了源極、柵極與漏極三大要素。

柵極的寬度,這一關(guān)鍵參數(shù),直接對應(yīng)著我們所稱的制程節(jié)點,也就是大家耳熟能詳?shù)募{米工藝標(biāo)識中的具體數(shù)值。

從早期的28nm,到后續(xù)的14nm、7nm,到目前廣泛討論的5nm、3nm,以及臺積電正全力推進的2nm等;這些數(shù)字不僅代表著芯片制造技術(shù)的不斷精進,更預(yù)示著芯片性能與能效的顯著提升。

與此同時,成熟制程與先進制程在半導(dǎo)體制造業(yè)中“熠熠生輝”,隨著時間和市場需求的變化而有所不同,其哪個更缺產(chǎn)能。

成熟制程:通常指的是28nm及以上的制程工藝。這些工藝已經(jīng)過長時間的市場驗證,技術(shù)相對成熟,生產(chǎn)成本較低,穩(wěn)定性高。它們廣泛應(yīng)用于制造中小容量的存儲芯片、模擬芯片、MCU(微控制單元)、電源管理PMIC)、模數(shù)混合、傳感器、射頻芯片等。

先進制程:則是指28nm以下的制程工藝,目前主要為16/14nm及以下節(jié)點。這些工藝追求更高的晶體管密度和更低的功耗,主要用于制造高性能的芯片,如CPU、GPU等,在高性能計算、人工智能、圖像處理等領(lǐng)域。

成熟制程產(chǎn)能緊缺:

市場需求旺盛:成熟制程廣泛應(yīng)用于消費電子、汽車電子、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域,這些領(lǐng)域?qū)π酒男枨蟪掷m(xù)增長,導(dǎo)致成熟制程產(chǎn)能緊張。

供應(yīng)鏈重建:在過去幾年中,由于多種因素導(dǎo)致的供應(yīng)鏈中斷和產(chǎn)能不足問題,各大晶圓代工廠正在積極重建供應(yīng)鏈和擴充產(chǎn)能,但這一過程需要時間,因此在短期內(nèi)成熟制程產(chǎn)能仍然緊缺。

技術(shù)穩(wěn)定性與成本效益:成熟制程技術(shù)相對成熟,生產(chǎn)成本較低,且能夠滿足大多數(shù)中低端電子產(chǎn)品的需求,因此在市場上具有較大的需求量。

先進制程產(chǎn)能緊缺:

技術(shù)前沿與高性能需求:先進制程技術(shù)代表著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前沿發(fā)展方向,是高性能芯片制造的關(guān)鍵。隨著人工智能、高性能計算、5G等技術(shù)的快速發(fā)展,對先進制程芯片的需求急劇增加。

技術(shù)門檻高:先進制程技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)需要巨大的投入和長期的技術(shù)積累,只有少數(shù)幾家企業(yè)能夠掌握這些技術(shù)。因此,先進制程的產(chǎn)能相對有限,難以滿足市場的旺盛需求。

產(chǎn)能爬坡期:先進制程技術(shù)正處于產(chǎn)能爬坡期,每年都會有大幅度的提升,但生產(chǎn)商數(shù)量有限(主要為臺積電和三星),且產(chǎn)能擴張速度可能跟不上市場需求的增長速度。

雖說,許多觀點傾向于認為先進制程技術(shù)的不斷演進,成熟制程最終會面臨淘汰的命運,這一看法雖蘊含一定邏輯,卻非全然無誤。

首先,從狹義層面,納米制程的精細化通常直接關(guān)聯(lián)于芯片體積的顯著縮減、性能的飛躍式提升以及能耗的有效降低。這一趨勢在高度集成且體積受限的手機芯片領(lǐng)域尤為顯著,其中先進制程技術(shù)的應(yīng)用成為了不可或缺的關(guān)鍵因素。

其次,臺積電制程進步的意義:5nm工藝相對于7nm工藝,邏輯密度提升了80%,在同等功耗下性能提升了15%,在同等性能上,功耗可以降低35%。

尤其,蘋果以A15和A14為例,A15采用了臺積電3nm 制程進行制造,而上一代的A14芯片則采用4nm 制程技術(shù)。A15集成150億晶體管,比A14的118億晶體管增加了27%。這也造成了A15 CPU單核性能提升10%、GPU性能提升40%。當(dāng)然,這里必然還有新一代芯片的設(shè)計因素。

然而,在工業(yè)控制、汽車制造及軍事裝備等關(guān)鍵領(lǐng)域,情況則截然不同。這些領(lǐng)域?qū)π酒姆€(wěn)定性、耐用性和長期可靠性有著極高的要求,而這些恰恰是成熟制程芯片所擅長提供的。

基于以上情況,我們不難發(fā)現(xiàn):

芯片設(shè)計并非單純追求尺寸的微縮化,而是需綜合考慮性能、功耗、成本及可靠性等多個維度。先進制程芯片在提升性能與降低功耗方面確實表現(xiàn)出色,尤其適用于手機處理器等對性能有極高要求的場景。

另外,在工業(yè)控制、汽車電子及軍事裝備等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域,芯片的長期穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性成為更為關(guān)鍵的因素。

綜上所述,盡管市場初期對今年成熟制程晶圓代工市場的展望持謹慎態(tài)度,但近期一系列積極動態(tài),特別是庫存去化加速與訂單轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的顯著增強,已成為市場關(guān)注的焦點。

自四月以來,成熟制程市場呈現(xiàn)出明顯的企穩(wěn)跡象,業(yè)界普遍對第二季度成熟制程產(chǎn)線的表現(xiàn)持樂觀態(tài)度,預(yù)期將實現(xiàn)溫和復(fù)蘇,而下半年則有望進一步展現(xiàn)出更為強勁的復(fù)蘇態(tài)勢。

隨著市場回暖趨勢的逐步確立,預(yù)計至2024年底,多數(shù)晶圓代工廠商的8英寸晶圓代工產(chǎn)能利用率將顯著回升至60%以上的高水平;這意味著隨著市場需求的增加和產(chǎn)能利用率的提高,成熟制程的價格會有所回升。

由于篇幅受限,本次的成熟制程就先介紹這么多......奇普樂將在每周,不定時更新~

最后的最后,借由拿破侖·波拿巴的一句名言:最困難的時候,也就是我們離成功不遠的時候。愿每一位半導(dǎo)體從業(yè)者可以——貫徹始終、堅定不移!

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原文標(biāo)題:芯片微型化挑戰(zhàn)極限,成熟制程被反推向熱潮

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