7纳米、14纳米、28纳米芯片制造工艺市场价值对比

2020 年 8 月 11 日，近日，中芯国际公布了截至 2020 年 6 月 30 日未经审计的第二季度财报。财报中显示：

2020 年第二季的销售额为 938.5 百万美元，相较于 2020 年第一季的 904.9 百万美元增加 3.7%，相较于 2019 年第二季的 790.9 百万美元增加 18.7%。

2020 年第二季毛利为 248.6 百万美元，较 2020 年第一季的 233.6 百万美元增加 6.4%，较 2019 年第二季的 151.2 百万美元增加 64.5%。

2020 年第二季毛利率为 26.5%，相比 2020 年第一季为 25.8%，2019 年第二季为 19.1%。

从财报上看，中芯国际整体业绩的表现还是很优秀的。

28 纳米工艺的 “黄金线”

随着半导体制造技术的进步，芯片制程越做越小，性能也在不断提升。但并非所有芯片设计公司都会选择最先进的半导体制造工艺。根据《2019 集成电路行业研究报告》中的数据显示，先进制程（28nm 及以下工艺）占据了 48% 的市场份额，而其它成熟工艺则占据了 52% 的市场份额。如果将 28nm 工艺也视作 “成熟工艺”的话，成熟工艺的市场份额就更大了。可以说，成熟工艺才是业界的主流。

在谈 28 纳米工艺之前，先提一下 FinFET。FinFET（Fin Field-Effect Transistor）中文名为鳍式场效应晶体管，是一种新的互补式金氧半导体晶体管。FinFET 的命名是根据晶体管的形状与鱼鳍的相似性，中芯国际的 14nm 工艺就使用了这种结构。

FinFET 结构示意图

FinFET 结构的沟道区域是一个被栅极包裹的鱼鳍状半导体。从图上源极到漏极方向上鳍的长度为沟道长度。栅极采用了包裹式的结构，这样增强了栅的控制能力，对沟道提供了更好的电学控制，从而降低了漏电流，抑制短沟道效应。

通俗点说，如果把电流想象成水流，那么图上的鱼鳍状半导体就是一根水管，源极和漏极就是水管的进水口和出水口，而中间的栅极则是水管阀门。

对于晶体管来说让它导通电流比较简单，如何让它在关闭的时候还不漏电才是难点。所以 FinFET 结构就是把沟道区域做薄来抑制漏电，就像是把水管做薄之后，中间的阀门只要轻轻一夹就能把水管完全关闭。

传统的半导体制造技术很难制造 25 纳米以下的工艺，FinFET 结构就是为了解决这个问题而产生的。通常情况下制造 25 纳米以下的工艺需要 FinFET、FD-SOI 或者其它更先进的技术。

使用 FinFET 可以让芯片的性能变得更好，那么对于没有使用 FinFET 结构的 28nm 工艺和使用了 FinFET 的 14nm 工艺对比，是不是 28nm 工艺就不太好呢？

这要看评价角度了，评价一种半导体制造工艺的好坏并不能单单看性能、功耗。

数据来自《集成电路设计业的发展思路和政策建议》

根据《集成电路设计业的发展思路和政策建议》中的数据，14nm 工艺开发成本远远超过 28nm 工艺。如果从成本角度看，使用了 FinFET 的 14nm 工艺在成本方面体现出了明显的劣势。

更何况不是所有的芯片都像 CPU、GPU 那样需要极高的性能，很多芯片只是能够实现特定的功能就可以了，由此看来 28 纳米工艺是一款极具 “性价比”的工艺。如果一个芯片项目对于性能有一定要求但不是很高，并且需要控制成本。那么对于这类芯片来说，28 纳米工艺目前是一个非常好的 “妥协点”。

7 纳米工艺的 “高端圈子”

以台积电 7nm 工艺为例，台积电的 7nm 工艺分为第一代 7nm 工艺（N7）、第二代 7nm 工艺（N7P）、7nm EUV（N7+）。其中 N7 和 N7P 使用的是 DUV 光刻，但为了用 DUV 制作 7nm 工艺，它还使用了例如沉浸式光刻、多重曝光等技术。而 N7 + 则直接使用了 EUV 光刻。所以说这三种 7nm 工艺虽然在性能、功耗等方面表现优异，但成本都十分高昂。通常像华为、苹果、AMD 这样的大厂才会使用。

数据来自台积电

可以从数据中看出手机芯片和高性能计算芯片（例如 CPU、GPU）一直在台积电收入中占据了过半的比重。

电脑芯片对于性能有着较高的要求，所以电脑芯片设计厂商更倾向于使用 “高端”工艺。而对于手机芯片来说，除了性能，功耗也是十分重要的参数。特别是在当今电池技术发展缓慢的情况下，降低手机芯片的功耗可以大大提高手机的续航能力。因此手机芯片厂商也十分愿意追捧 “高端”工艺。

夹缝中的中芯国际 14 纳米工艺

对于中芯国际 14nm 工艺来说，向上有性能压制的 7nm 工艺，向下又有性价比极高的 28nm 工艺，这种情况对于中芯国际的 14nm 工艺来说并不太友好。

数据来自中芯国际

在今年第一季度的财报中，中芯国际 14nm 工艺收入占比仅为 1.3%, 这种情况并不算太理想。

数据来自中芯国际

而在今年第二季度的财报中，中芯国际干脆没有公示 14nm 工艺的收入占比，仅公示了 14/28nm 的占比数据。

图片截取自中芯国际官网

虽说过去确实有人将 14nm 工艺和 28nm 工艺都算作先进工艺，但在中芯国际官网上明确的将 14nm 工艺列为先进逻辑技术，而将 28nm 工艺列为成熟逻辑技术。更何况中芯国际之前的财报都是将 14nm 工艺和 28nm 工艺占比分开统计，现在却将一种 “先进逻辑技术”和一种 “成熟逻辑技术”强行放在一起统计，这种举动显然有些奇怪。不免会让人认为中芯国际有意隐藏 14nm 工艺占比数据，或者是让 14nm 工艺的占比数据更好看一些。

从目前的数据看，中芯国际 14nm 工艺的占比在非常缓慢的爬升，而且会在未来相当长的一段时间内依旧保持一种较低的占比，短期内无法成为盈利支柱。比起 14nm，自家的 28nm 工艺收入占比更高，而且爬升速度更快，这种性价比更高的成熟工艺更容易盈利。

“迟到工艺”的窘境

数据来自各公司公开信息

从表格中可以看出，不少芯片制造厂商集中在 2015 年推出 14nm 工艺，业界标杆的台积电也是在 2015 年推出了水平与业界 14nm 工艺相似的 16nm 工艺。在那时候 14/16nm 工艺是业界顶级工艺，各大芯片设计厂商纷纷追捧。

数据来自台积电

以台积电的数据为例，其 16nm 工艺的收入占比在以很快的速度下滑，而 7nm 工艺的占比则在快速提升。由此可见 14/16nm 工艺的市场火热程度已大不如前。

在 2019 年的时候中芯国际才推出 14nm 工艺，但此时业界顶级工艺已经开始向 7nm 工艺过渡。

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