芯片的二线战场：14nm与12nm争夺战

　　在半导体制造领域，10nm、7nm及更先进制程的竞争正在变得越来越不激烈，其主要原因自然是投入巨大、风险高，愿意进入的玩家越来越少，目前只剩下台积电、三星和英特尔这三家了，这里显然成为了卖方市场，从各大客户为获得足够的台积电7nm产能而争破头这一点就可见一斑。
　　我们知道，在中高端领域，市场上的主流制程工艺节点是22nm、16/14nm、10nm、7nm，以及今后的5nm和3nm，这些被称为主节点。而28nm、20nm、12nm、8nm等，被称为半节点，这些节点有很强的过渡属性。因此，总体来讲，它们的市场占有率相比于那些主节点要低。
　　而28nm和12nm相对较为特殊，28nm是因为具有的性价比，因此应用面很广，也非常成熟；而12nm是典型的中端芯片制程工艺，市场上有多家知名处理器厂商的中端产品都选用了该制程工艺，这其中尤以手机处理器为最多。
　　　　先进产能竞争不激烈，而成熟的28nm制程则已经显得有些过剩。此时，居于两者中间位置的14nm制程显然成为了当下的中坚力量，承载着市场上绝大多数中高端芯片的制造，特别是工业、汽车、物联网等，拥有庞大的市场空间，14nm制程正当其时。另一方面，中国大陆手机市场庞大，且中端和中低端占据着出货量的大头儿，这就给了中端手机处理器芯片的发展机会，相应的12nm制程技术的市场份额也就水涨船高了。目前来看，14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造。对于各厂商而言，该制程也是收入的主要来源，特别是英特尔，14nm是其目前的主要制程工艺，以该公司的体量而言，其带来的收入可想而知。而对于中国大陆本土的晶圆代工厂来说，正在开发14nm制程技术，距离量产时间也不远了。特别是中芯国际，其中14nm已经进入客户风险量产阶段，预期将在今年年底实现营收。这样，在两三年后，随着新产能的成熟，14nm制程的市场格局值得期待。目前来看，具有或即将具有14nm制程产能的厂商主要有7家，分别是：英特尔、台积电、三星、格罗方德、联电、中芯国际和华虹。下图所示为6家厂商的各种制程工艺量产时间，其中绿色部分为14nm的。
　　　　具备12nm制程技术能力的厂商很少，主要有台积电、格芯（原格罗方德，GF）、三星电子和联电。联电于2018年宣布停止12nm及更先进制程工艺的研发。因此，目前来看，晶圆代工市场，12nm的主要玩家就是台积电、格芯和三星这三家，这一点，从近两年市场推出的各种芯片也可见一斑。0112nm制程芯片
　　2018年8月，华为发布了中端芯片麒麟710，采用的就是12nm制程，用在了当时的中端机型、在海外被称为Mate 20 Lite上。麒麟710由Cortex A73×4＋Cortex A53×4组成，CPU主频为2.2GHz，GPU为Mali－G51。
　　2018年5月，联发科推出了中端芯片Helio P22，采用台积电12nm FinFET工艺制造，CPU为8核A53，主频2.0GHz。GPU采用PowerVR GE8320，频率650MHz，支持1600x720（20：9）屏幕分辨率。
　　2018年6月，联发科推出的中端芯片Helio P60表现不凡，吸引了OPPO和vivo等国产一线手机厂商的订单，像OPPO R15、vivo X21i等机型都搭载了Helio P60处理器。这颗芯片同样是定位中端，基于12nm制程工艺，并加入了人工智能技术。
　　2018年7月，联发科又推出了Helio A 系列产品，并称其把高端产品功能下放到了用户基数庞大的大众市场。该系列的首款产品为Helio A22，同样采用12nm制程工艺，搭配CorePilot技术，内建主频2.0 GHz的4核Cortex–A53，以及PowerVR GE图形处理器。
　　在中国大陆，紫光展锐最近几年在中端和中低端市场的拓展力度也很大，并逐步扩大着市场占有率，而在即将到来的5G市场，该公司推出了春藤510，采用了台积电12nm制程工艺，同时支持SA（独立组网）和NSA（非独立组网）方式。
　　可见，联发科是12nm制程中端手机芯片的主要玩家，来自DIGITIMES Research的统计和分析显示，高通受中美贸易影响，预计今年第3和第4季度出货量将分别较前季减少3.8%和2.7%，高通强化自主架构芯片，第4季度占高通整体出货比重有望提升至64.6%。从目前的形势来看，华为很可能将中端机种AP转单联发科，再加上OPPO、vivo等新品也多采用联发科的AP，预计会带动后者今年第3季度AP出货量较前一季增加5.8%，其中，Cortex-A57以上平台出货比重至今年第4季度有望提升至39.2%。
　　除了手机处理器之外，2018年底，AMD的显卡RX 590采用了12nm制程代工生产，而这款产品的代工厂为格芯和三星两家。由于AMD与格芯的深厚关系，其很多芯片都是由格芯代工的，但随着格芯宣布退出10nm及更先进制程的研发和投入，使得AMD不得不将先进产品分给了三星和台积电代工，从而分散了格芯的订单。
　　而在同一时期，另一家显卡厂商NVIDIA则选择了台积电的12nm制程。
　　02执着的英特尔与三星传绯闻
　　自2015年正式推出14nm制程后，英特尔已经对其依赖了4年的时间，该制程也为这家半导体巨头带来了非常可观的收入。从Skylake（14nm）、Kaby Lake（14nm+）、Coffee Lake（14nm++），到2018年推出的14nm+++，该公司一直在保持对14nm制程的更新。而英特尔原计划在2016年推出10nm，但经历了多次延迟，2019年才姗姗来迟，从这里也可以看出该公司对14nm制程的倚重程度。
　　同为14nm制程，由于英特尔严格追求摩尔定律，因此其制程的水平和严谨度是的，就目前已发布的技术来看，英特尔持续更新的14nm制程与台积电的10nm大致同级。
　　这里还可就具体的参数指标，与三星和台积电做个比较，英特尔于2014年发布了14nm制程，其节点每平方毫米有3750万个晶体管，台积电16nm制程（该公司没有14nm制程，但其16nm与市场上的14nm同级）节点每平方毫米约有2900万个晶体管，三星14nm节点每平方毫米约有3050万个晶体管。此外，英特尔的14nm节点栅极长度为24nm，优于台积电的33nm，也优于三星的30nm。英特尔14nm节点的鳍片高度为53nm，优于台积电的44nm，以及三星的49nm。
　　今年5月，英特尔称将于第3季度增加14nm制程产能，以解决CPU市场的缺货问题。
　　然而，英特尔公司自己的14nm产能已经满载，因此，该公司投入15亿美元，用于扩大14nm产能，预计可在今年第3季度增加产出。其14nm制程芯片主要在美国亚利桑那州及俄勒冈的D1X晶圆厂生产，海外14nm晶圆厂是位于爱尔兰的Fab 24，目前还在升级14nm工艺。
　　三星方面，该公司于2015年宣布正式量产14nm FinFET制程，先后为苹果和高通代工过高端手机处理器。目前来看，其14nm产能市场占有率仅次于英特尔和台积电。
　　前面提到，英特尔的14nm产能吃紧，已经难以满足市场需求，在这样的背景下，今年6月，有媒体报道称，三星和英特尔正在就14nm Rocket Lake芯片的生产进行谈判。
　　自2018年下半年以来，英特尔在升级和建立用于生产10nm芯片的新生产线方面投入了大量资金，但要想扩大规模还需要几年时间。在此期间，英特尔必须提高其14nm芯片的产量。因此，传闻它将一部分CPU转由三星代工，希望能够解决产能不足的问题。
　　由于存储芯片市场疲软，对三星的营收产生了很大影响，因此，三星的晶圆代工产能利用率下降，想寻找新客户，高通和英特尔是其主要的争取对象。
　　据报道，三星将于明年第四季度开始大规模生产英特尔的14nm Rocket Lake芯片，如果此言不虚的话，三星制造的首款CPU将于2021年上市。
　　三星其晶圆代工路线图中原本是没有12nm工艺的，只有11nm LPP。不过，三星的11 LPP和格芯的12nm LP其实是“师出同门”，都是对三星14nm改良的产物，晶体管密度变化不大，效能则有所增加。因此，格芯的12nm LP与三星的12nm制程有非常多的共同之处，这可能也是AMD找三星代工12nm产品的原因之一。AMD于去年推出了RX 590，这是该公司首款12nm GPU。三星加入该产品的代工行列，其12nm制程是为AMD定制化的，是将原来的14nm制程进行版本优化的结果。另外，AMD的第2代Ryzen处理器也是采用12nm制程工艺制造的。03不一样的台积电
　　台积电于2015下半年量产16nm FinFET制程。与三星和英特尔相比，尽管它们的节点命名有所不同，三星和英特尔是14nm，台积电是16nm，但在实际制程工艺水平上处于同一世代。
　　到2018年第二季度，台积电的16nm和20nm制程对该公司的营收贡献率为25%，主要产品分为两大类：一是逻辑器件，包括中高端手机AP/SoC、基带芯片、CPU、GPU、矿机ASIC，以及FPGA等；二是射频芯片，包括高端手机的WIFI、蓝牙、NFC芯片，5G毫米波芯片，以及汽车电子用芯片等。
　　例如，寒武纪的MLU100，以及比特大陆开发的AI张量计算芯片BM1680，均采用了台积电的16nm工艺制造。
　　台积电的16nm制程经历了16nm FinFET、16FF＋和16FFC三代，之后进入了第四代16nm制程技术，此时，台积电改变策略，推出了改版制程，也就是12nm技术，用以吸引更多客户订单，从而提升12吋晶圆厂的产能利用率。因此，台积电的12nm制程就是其第四代16nm技术。
　　与前几代相比，12nm具备更低漏电特性和成本优势。与16nm相比，12nm制程不仅拥有更高的晶体管密度，而且在性能和功耗方面得到了进一步优化，有较大的升级幅度。对于台积电来说，推出12nm工艺，不仅可以缓解10nm制程带来的订单紧张问题，而且还能在市场营销上反击三星、格芯、中芯国际等对手的14nm工艺，避免订单流失。
　　04格芯与联电14nm制程占比有限
　　2018年8月，格芯宣布放弃7nm LP制程研发，将更多资源投入到12nm和14nm制程。
　　据悉，格芯制定了两条工艺路线图：一是FinFET，这方面，该公司有14LPP和新的12LPP（14LPP到7LP的过渡版本）。12LPP主要针对人工智能、虚拟现实、智能手机、网络基础设施等应用，利用了格芯在纽约萨拉托加县Fab 8的技术，该工厂自2016年初以来，一直在大规模量产格芯的14nm FinFET产品；二是FD-SOI，格芯目前在产的是22FDX，当客户需要时，还会发布12FDX。
　　由于许多连接设备既需要高度集成，又要求具有更灵活的性能和功耗，而这是FinFET难以实现的，12FDX则提供了一种替代路径，可以实现比FinFET产品功耗更低、成本更低、射频集成更优。
　　数据显示，格芯的12FDX制程能够以低于16nm FinFET 制程的功耗和成本，提供等同于10nm FinFET的性能，并且支持全节点缩放，使性能比FinFET 制程提升15%，功耗降低50%。而掩模成本也比10nm FinFET减少40%。
　　格芯的12FDX制程在号称成本、功耗等方面都优于台积电主力16nm制程的情况下，台积电推出了第四代16nm制程，也就是12nm制程，使得双方的竞争进一步加剧，而格芯12FDX的量产时间要比台积电的12nm制程晚一些，这些对于12FDX来说，在后续的市场竞争中，是个不小的考验。
　　目前，格芯正在大力推广其12nm制程。该公司宣布开发出了基于Arm的3D高密度测试芯片，该芯片采用GF的12nm FinFET工艺制造，采用3D的Arm网状互连技术，允许数据更直接地通往其他内核，限度地减少延迟。
　　格芯表示，他们的方法可以在每平方毫米上实现多达100万个3D连接，使其具有高度可扩展性，并有望延长12nm工艺的寿命。目前来看，相对于7nm，12nm工艺更加成熟、稳定，因此，目前在3D空间上开发芯片更容易，而不必担心如7nm制程可能带来的问题。
　　联电方面，该公司位于台南的Fab 12A于2002年进入量产，目前已运用14nm制程为客户代工产品。
　　然而，联电的14nm制程占比只有3%左右，并不是其主力产线。这与该公司的发展策略直接相关，联电重点发展特殊工艺，无论是8吋厂，还是12吋，该公司会聚焦在各种新的特殊工艺发展上，尤其是针对物联网、5G和汽车电子这些在未来具有巨大市场和发展前景的应用领域，联电的汽车电子业务，最近几年的年增长率都超过了30%。包括RF、MEMS、LCD Driver IC、OLED Driver IC等领域。
　　14nm FinFET制程方面，联电于2017年初开始量产，该公司还开发了第二套14nm平台，但是，在继续投资14nm制程方面，该公司持保守态度。
　　05中国大陆14nm制程呼之欲出
　　相对于美、韩和台湾地区，中国大陆在14nm制程方面是的跟随者，经过多年的研发努力，取得了一定的突破，距离量产时间也不远了，有望于2020年实现，中芯国际将扮演主要的推动者，其次是华虹集团的华力微电子。
　　中芯国际方面，其14nm FinFET已进入客户试验阶段，2019年第二季在上海工厂投入新设备，规划下半年进入量产阶段，未来，其14nm制程客户很可能是手机芯片厂商。据悉，2019年，中芯国际的资本支出由2018年的18亿美元提升到了22亿美元。
　　2019年2月，中芯国际联席首席执行官梁孟松指出：“我们努力建立先进工艺全方位的解决方案，特别专注在FinFET技术的基础打造，平台的开展，以及客户关系的搭建。目前，中芯国际14nm技术进入客户验证阶段，产品可靠度与良率已进一步提升。同时，12nm的工艺开发也取得突破。”
　　据悉，中芯国际14nm制程量产主要分三个阶段：阶段是成本>ASP，第二阶段成本与ASP相抵，第三阶段成本
　　华力微电子方面，在年初的SEMICON China 2019先进制造论坛上，该公司研发副总裁邵华发表演讲时表示，华力微电子今年年底将量产28nm HKC+工艺，2020年底将量产14nm FinFET工艺。
　　06结语
　　目前来看，英特尔、三星和台积电依然是14nm制程的主力军，也是它们主要的营收来源，其次是格芯和联电，但这两家的14nm产能相对来说很有限，而且也不是它们的发展重点。因此，在这个有巨大营收规模的市场，前三大玩家都在积极发展10nm、7nm及更先进制程，第四和第五玩家的产能又很有限的情况下，给了我国本土晶圆代工厂商不错的发展机遇，关键是要抓紧时间量产，并保证产能和良率。只要跟对了时间点，还是大有可为的。
　　12nm制程本来不是一个竞争激烈的领域，但随着格芯对其重视程度的提升，以及台积电的强势杀入，另外，市场需求，特别是中国大陆地区中端手机处理器需求的上涨，使得这一板块在未来的两三年很有看头。
　　另外，别忘了，中芯国际不仅14nm FinFET制程已进入客户风险量产阶段，而且在2019年季度，其12nm制程工艺开发进入客户导入阶段，第二代FinFET N+1研发取得突破，进度超过预期，同时，上海中芯南方FinFET工厂顺利建造完成，进入产能布建阶段。这意味着用不了多久，一个新的12nm制程玩家将杀入战团，新的竞争局面和变数值得期待。