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在半导体行业的聚光灯下,所有的关注彷佛都集中在最尖真个硅节点上。但是成熟工艺节点的芯片和工艺的主要性日益凸显,这些节点在制造需求方面依然表现出强劲的势头。
传统工艺节点在20nm旁边停滞降落芯片本钱,背后的缘故原由与FinFET工艺时期的繁芜性和本钱密切干系。
Part 1
本钱与需求的转变
随着每一代技能向前发展,所需的深奥工艺哀求增加了显著的本钱和繁芜性,这在每个节点之间创造了强大的过渡点。
从那时起,任何芯片尺寸的缩小都会被更昂贵的加工工艺所抵消,而这些本钱急剧上升。前辈节点的掩模组更昂贵,且常日须要更多层,导致本钱急剧增加。
前辈节点的客户较少,由于只有少数公司能承担高昂的本钱。比较之下,成熟节点如 22 或 28nm 节点的客户数量浩瀚。目标设计决定了公司对工艺节点的选择,一些运用由于大量仿照电路无法从缩放中获益且无需低功耗或高性能,更方向于成熟节点。
工艺节点的选择取决于运用,许多运用在不久的将来不会转向须要极紫外(EUV)技能的节点。大量仿照电路无法从缩放中获益,不须要以较低的功率运行或提高性能。成熟节点的晶圆价格和设计成本相对较低,这使得许多公司选择连续利用这些节点。
本钱降落的停滞改变了传统的工艺迁移模式。历史上,每个工艺节点的本钱增加大约25%到30%,但每个晶圆的芯片数量增加了约50%,因此每个芯片的制造本钱低落了约20%到25%。
这种情形在20nm工艺节点旁边发生了变革,新节点带来了更高的性能和/或更低的功耗,但本钱降落的停滞意味着转向最新节点不再是自动的。
不同公司并不总是就给定节点的“纳米”级别达成同等,分配给节点的数字不再像以前那样反响实际栅极长度。诸如利用高k金属栅极之类的变革改变了比较的基本点,使较大的特色表现得像较小的一样。节点命名利用数字,如今这些名称除了作为节点的标签外,实际上没有任何意义。
Part 2
节点的本钱和设备更新
新节点的本钱增加来自多个方面,包括额外的步骤、新材料和新设备。领先的晶圆厂将产生溢价,由于他们必须收回巨额的成本支出和研发本钱。这种本钱增加使得旧工艺节点能够连续利用旧设备成为一个显著的上风。
硅工艺已从微米级发展到纳米级,但重大工艺变革发生在这一历史的末了阶段。一些最大的变革包括晶圆尺寸的增加、打算光刻的利用、高k电介质的引入以及多重图案化技能的运用,技能提高了处理本钱,但它们对付性能和功率的提升是必需的。
随着技能的不断发展,经济形势的变革导致行业涌现某种分裂。一些公司和产品追求在任何时候都能供应最高性能的工艺,而他们的产品定价可以支撑每个节点的更高本钱。
英特尔、三星和NVIDIA等公司就处于这种令人倾慕的地位。而其他公司必须坚持利用较旧的节点,由于他们无法得到相同的价格。
一些晶圆厂和代工厂专注于打破极限,但其他晶圆厂则专注于传统的主力工艺节点。联华电子公司将22/28纳米视为其紧张节点,这是平面技能的末了一代,转向FinFET会大大增加制造本钱。
对付许多普通芯片而言,这些节点仍旧过于昂贵,这意味着许多设计将堆积在较旧的节点上,而不是向前发展。
在这种背景下,许多公司选择连续利用成熟节点。电动汽车对电源管理IC(PMIC)的需求不断增加,这些PMIC常日利用180nm或130nm等成熟节点。
PMIC变得越来越智能,除了仿照电路外,还整合了越来越多的数字逻辑,因此设计正在转向90nm、55nm和40nm BCD工艺节点。
传感器技能也在较旧的节点上持续发展。对付须要耐高压的汽车运用,与其他仿照电路集成在BCD工艺上,紧张采取180nm或130nm。前辈的智能传感器集成了微掌握器,正在向65nm或40nm转移,但这是这些运用的最新技能。
工艺节点常日针对特定运用和用例。例如,物联网系统的芯片大多勾留在40和22nm这样的节点,但随着人工智能走向边缘,更多设备将具备一些推理能力,实行该功能的芯片将须要比其他数字逻辑更高的性能,因此它们正在转向6nm。
Part 3
小芯片技能的影响
小芯片技能的涌现也影响了这些选择。理论上,人们不再须要将某些功能迁移到更前辈的节点,只需将所有功能放在一个芯片上即可。
只有真正须要前辈节点功能的部分才能移动到那里,从而最大限度地减少昂贵节点的芯片尺寸。别的部分可以作为单独的小芯片集成在封装内。这种封装目前本钱高昂。
只管小芯片可以节省芯片本钱,但前辈封装本钱必须降落才能实现净本钱节约。利用最适宜每种芯片类型的工艺节点和技能来构建小芯片很随意马虎,但客户须要考虑经济条件是否许可转向小芯片。
一些晶圆厂和代工厂专注于打破极限,但其他晶圆厂则专注于传统的主力工艺节点。联华电子公司将22/28纳米视为其紧张节点,这是平面技能的末了一代,转向FinFET会大大增加制造本钱。代工厂很少采取10nm节点,由于性能与本钱不符,许多设计将堆积在较旧的节点上,而不是向前发展。
小结
鉴于工艺迁移障碍的大小,与旧节点比较,12nm和2nm节点之间的设计启动可能会减少。例如,行业可能会看到“扫雪机效应”,设计在28nm时堆积如山,并抵制进一步跳跃的诱惑,以换取令人信服的好处。
处于尖锐过渡点的技能能够担保较长的寿命,由于它们为许多不须要下一个节点的产品种别供应了最佳的功能集。