工藝製程都是14nm,中芯國際追上英特爾了嗎?

2020-12-12 魔鐵的世界

12月8日點開半導體某行業大號,一個關於中芯國際的好消息撲面而來,題目如下圖。

說實話,僅看標題就很振奮,中芯國際的工藝製程竟然已追上英特爾,老五追上老大,這速度可以!對英特爾來說,工藝製程被臺積電接連甩開,晶片性能被AMD一再吊打,曾經的好夥伴蘋果也甩手而去,2020年不順心的日子隨手抓起來就是一大把,現在又添上中芯國際,日子真有種沒法過的味道。

然而,點開標題卻是「該內容已被發布者刪除」。白高興無疑了。

作為行業媒體,不可能空穴來風,一定有什麼蛛絲馬跡引發了猜想。查了查,還真有。12月4日,有投資者在互動平臺向中芯國際提問「請問近來公司7nm產品生產研發進展如何?在國內外將產生怎樣的影響?」

不買股票的可能無法理解這句話背後的心情,尤其對中芯國際IPO上市第一天就上車的股民,7nm工藝面世意味著在山頂站崗的日子終於要結束了,畢竟臺積電5nm工藝製程剛投產,7nm大規模量產,中芯國際7nm工藝面世的話,和臺積電的差距縮小,公司估值將進一步提升。

然而現實比較骨感。

公司的回答是,第一代FinFET(鰭狀電晶體)14nm在2019年四季度進入量產,第二代FinFET已進入小量試產。

回答中的「第二代FinFET」很容易引起聯想,也是媒體報導容易出錯的地方。因為「第二代FinFET」就是中芯國際下一代「N+1」工藝。在公司2019年第四季度財報會議上,梁孟松博士透露的N+1信息為,在功耗和穩定性方面,N+1和7nm工藝非常相似。

換句話說,「第二代FinFET」等於「N+1」約等於7nm,也就是「第二代FinFET」約等於7nm。聯繫到英特爾的工藝製程目前最高是10nm,所以結論就是:中芯國際工藝已追上英特爾。

上面結論的邏輯看起來絲絲入扣,實際是大錯特錯,因為臺積電的X nm和英特爾的X nm完全是兩碼事,直接套數字會驢唇不對馬嘴。

英特爾14nm+++工藝製程和臺積電7nm工藝製程,在數字上差出一倍,看起來後者應該更厲害才是,然而電子顯微鏡下,兩種工藝製造的電晶體柵格僅差2nm,英特爾14nm+++的電晶體柵格寬度為24nm,臺積電7nm的電晶體柵格寬度為22nm。

說實話,不到9%的差距,說7nm是14nm++++都有點勉強。考慮到英特爾的14nm+++是14nm++的小改款,而14nm++相對於14nm、14nm+也是擠牙膏產品(見下圖),所以臺積電的7nm和英特爾的14nm相比,優勢不會太大,這也是英特爾一直不服臺積電的原因,有機會就強調比工藝製程先進與否,別比什麼Xnm,有本事比電晶體密度。

為何晶片製造工藝標準會如此混亂?答案和代工企業的宣傳策略有關。

在臺積電的對外宣傳中,7nm製程工藝有三個版本,一種是初代7nm,由DUV(深紫外)光刻機製造,俗稱N7,改良自10nm,第二種是N7的升級版,仍使用DUV光刻機,俗稱N7P,第三種是真正的7nm,首次引入EUV(極紫外)光刻機製造,即N7+。

驍龍855、麒麟980的工藝採用N7,驍龍865採用N7P,麒麟990則採用N7+。當時高通華為為爭搶7nm首發,搶得頭破血流,就和7nm的宣傳噱頭有關,但沒有EUV光刻機加持的7nm都是10nm的各種馬甲改良版,原因很簡單,ASML最先進的DUV光刻機TWINSCAN NXT:2000i的解析度,最高只能到38nm。

但普通用戶不知道這些太專業的東西,以為只要是7nm就是好,於是用戶、商家、代工廠皆大歡喜。

總之,英特爾的14nm和臺積電的第一代7nm差距微乎其微。真正讓臺積電拉開與英特爾工藝製程差距的,是EUV光刻機製造的7nm。英特爾14nm工藝的電晶體密度大約是0.373億個/平方毫米,10nm工藝的則增加了1.7倍,達到1.008億個/平方毫米,與臺積電EUV 7nm(第三代7nm工藝)的相當。

中芯國際的技術人才班底來自臺積電,梁孟松有過臺積電、三星任職經歷,所以「N+1」也就是14nm+,工藝製程應該略高於臺積電的16nm,顯然和英特爾的14nm是完全不能比的,畢竟英特爾的14nm相比臺積電的第一代7nm,差距都不算大。

梁孟松(左一)

前面的信息還提到,中芯國際的回覆中有「第二代FinFET」字樣,由於晶片的性能與電晶體結構和工藝製程有直接關係,那麼第二代FinFET是否意味著可以和英特爾掰掰手腕呢?答案是也不行。

英特爾的FinFET和中芯國際的FinFET有所不同,是自成一家,不對外授權,而且目前英特爾已經應用到第三代FinFET,僅代數上就要更高一級。

正因為如此,梁孟松對對N+1和7nm的界定是,在功耗和穩定性方面非常相似,而不是相同,也沒有提及性能,這種措辭其實已經給出了誰更強的答案。英特爾雖然近年來在擠牙膏,但晶片大戶的家底還是在的。

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