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全球芯片生产商的制造工艺水平大比拼,第一是他...

2019-06-19 16:39 来源:互联网 编辑:Angelina

本篇文章主要来盘点一下全球主流半导体公司工艺水平,进行一个排名大比拼,孰前孰后,来看看就知道啦!

以下就是对不同芯片生产商的制造技术进行的一个排名,如下表所示,可以较为便捷地了解哪种工艺更为先进。表中密度以MTr/mm²计算,其代表每平方毫米数百万个晶体管。截至2019年1月,英特尔的10nm技术依然领先于台积电和三星的7nm技术。

全球芯片生产商的制造工艺水平大比拼,第一是他...

来源:根据公开数量整理

有一点需要注意,上述数字在某些情况下是近似的。但是,这不会影响排名。如果更深入地研究这个问题,英特尔的10nm比台积电7nm的SRAM稍微密集一些。但台积电的7nm实际上比英特尔的逻辑单元更密集,这使事情变得更加复杂,却很有意思。

由于英特尔的10nm还没有大规模生产,台积电的7nm是目前市场上明显的赢家。

接下来,对比看看TSMC、GlobalFoundries、三星和英特尔等不同制造商的不同工艺节点都有什么特点。

一、台积电

台积电是目前世界上最大的独立半导体代工制造商。台积电与世界上一些最大的芯片设计商合作,如Nvidia,AMD,高通,苹果,华为和联发科。截至2019年1月,台积电凭借其7nm制造工艺引领新一代的高端技术竞争,该工艺已经开始批量生产,iPhone XS和华为Mate 20 Pro等顶级手机品牌都采用了这一技术。

1)7nm

首先,让我们看看最近一年来炒作最火热的台积电7nm工艺。TSMC的7nm工艺实际上有多种变体,7nm FF/FF+(FinFET和FinFET+)的晶体管密度约为96.49 MTr/mm²,7nm HPC的晶体管密度为66.7 MTr/mm²

7nm FinFET工艺是TSMC自身10nm工艺密度的1.6倍。此外,与10nm技术相比,7nm工艺可使性能提高20%,功耗降低40%。

目前该技术主要用于:A12 Bionic(iPhone XS Max),Snapdragon 855,Kirin 980,Zen 2(Ryzen 3000 Series)。

2)10nm

台积电的10nm节点工艺的密度为60.3 MTr/mm²,是自身12nm/16nm节点密度的2倍多,速度提高了15%,功耗降低了35%。

目前该技术主要用于:Apple A11 Bionic,Kirin 970,Helio X3。

3)12nm/16nm

与20nm工艺相比,台积电16nm的速度提高近50%,功耗降低60%,其密度为28.2 MTr/mm2。

台积电的12nm技术或多或少是一种营销噱头,类似于他们的16nm节点。这个12nm节点只是它们重新命名的16nm工艺,具有更好的栅极密度和较少的优化。12nm工艺的估计密度约为33.8 MTr/mm²。台积电的12nm和16nm工艺为麒麟、联发科处理器和Nvidia的GeForce 10系列等提供代工服务。

主要用于:Nvidia图灵GPU(GeForce 20系列),麒麟960,麒麟659,麒麟710,Helio P60,Helio P70,Apple A10 Fusion处理器。

二、英特尔

英特尔是全球第二大芯片制造商。曾几何时,英特尔在半导体市场处于绝对的领先地位,但其10nm工艺的一再延迟使其在高端技术上已经相当落后。

1)7nm

2018年12月,英特尔宣布他们正在开发7nm工艺,并且正在按计划进行。英特尔7nm工艺将使用EUVL(极紫外光刻)制造,预计晶体管密度将达到242 MTr /mm²,是10nm工艺 的2.4倍。

现状:正在进行中。


2)10nm

英特尔的10nm工艺最初预计将于2016年首次推出,但截至2018年底,它已被推迟3次!

英特尔10nm工艺密度约为100 MTr /mm²,是14nm工艺的2.7倍。从这一点看,英特尔的10nm相当于其他公司所标榜的7nm技术。

现状:英特尔正在努力提高良率,可能在2019年末进入批量生产。

用于:Core i3-8121U处理器。

3)14nm

英特尔的14nm工艺晶体管密度估计为43.5 MTr/mm²。截至目前,从Broadwell到Coffee Lake,都拥有相同的14nm技术,已用于其5代处理器之中。然而,这款14nm技术仍然优于台积电的16nm/12nm和三星的14nm技术。

英特尔还推出了14nm+和14nm++,只是进行了微小的改进。

主要用于:英特尔的第5代,第6代,第7代,第8代和第9代移动和桌面处理器。

由于10nm节点的延迟,英特尔简单地改进了他们的14nm节点,在性能和功耗方面略有改进,并将它们命名为14nm +和14nm ++。这些只是微小的改进,并没有进行晶体管密度微缩。

三、三星

2017年7月,三星取代英特尔成为全球最大的芯片制造商。对于几乎相同的工艺节点,三星芯片的晶体管密度与TSMC相当。三星为高通、苹果、Nvidia和许多其他厂商生产芯片,并且还将其14nm工艺许可给GlobalFoundries。

1)7nm

三星在2018年下半年在世界上首次采用EUV技术生产了7nm芯片,工艺密度为95.3 MTr/mm²。相比10nm技术,性能提高了20%,同时功耗降低了50%。

现状:已进入批量生产。

2)8nm

三星的8nm工艺也称为8nm LPU(Low Power Ultimate),它只是其10nm工艺的延伸。就晶体管密度而言,它与台积电的7nm HPC工艺非常相似,其密度为61.18 MTr/mm²。该技术用于制造Exynos 9820芯片,将在2019年即将推出的Galaxy S10和Galaxy Note 10中使用。

用于:Exynos 9820处理器。

3)10nm

三星10nm工艺有两种变体,10nm LPE(Low Power Early)和10nm LPP(Low Power Plus)。其第二代工艺(10nm LPP)性能提高了10%,密度为51.82 MTr /mm²,是14nm工艺密度的1.6倍。

适用于:Snapdragon 835,Snapdragon 845,Exynos 9810,Exynos 8895,Exynos 961。

4)11nm

与14nm LPP(Low Power Plus)工艺相比,11nm LPP(Low Power Plus)工艺可提供高出15%的性能。但是,功耗保持不变,这个过程更像是对14nm工艺的扩展。

用于:Snapdragon 675。

5)14nm

三星的14nm工艺是其最广泛使用的制造节点之一,该工艺的晶体管密度为32.5 MTr /mm²,主要用于Nvidia的GeForce 10系列,以及许多Qualcomm和Exynos芯片。它有多种变体,14nm LPE(Low Power Early)和14nm LPP(Low Power Plus)。

用于:Nvidia GeForce 10系列,Snapdragon 820,Snapdragon 821,Exynos 8890,Exynos 7870。

四、GlobalFoundries

GlobalFoundries(格罗方德,格芯)是一家美国半导体公司,为高通、AMD和Broadcom等各种品牌制造处理器。

1)7nm

此前,得益于三星背后的支持,GlobalFoundries的7nm走在前列,而且2018年3月还邀请少数资深记者前往旗下最先进的纽约Malta的Fab 8工厂,介绍他们计划向7nm EUV光刻技术推进。然而,计划赶不上变化。18年8月宣布,出于经济因素考虑,搁置7nm LP项目,将资源回归到12nm/14nm FinFET以及12FDX/22FDX上。

尽管曾有许多业内专家估计它的7nm技术比台积电的7nm还要更加密集,但GlobalFoundries目前已经停止了他们的7nm开发,已经不会再与台积电竞争。按照AnandTech的报道,GF的5nm和3nm研发也将终止,已经逐步停掉与IBM硅研发中心在这方面的合作。

2)12nm

GlobalFoundries 12nm工艺的性能比其前代产品提高了15%,密度提高了10%。Ryzen 2000系列便基于其12nm节点技术。当前,GF的12nm/14nm多用在AMD的锐龙处理器(Ryzen 2000 Series)、Radeon GPU上,12FDX/22FDX则可以提供优质的性价,可用于集成模拟和射频组件上,如5G基带。

用于:Zen +架构产品(Ryzen 2000 Series)。

3)14nm

GlobalFoundries实际上从三星那里获得了14nm技术。

用于:AMD Vega系列,Ryzen第二代APU,Radeon 500系列。

目前,GlobalFoundries已经停止一切与7nm工艺有关的投资研发,转而专注现有的14/12nm FinFET工艺和22/12nm FD-SOI工艺,提供包括射频、嵌入式存储器和低功耗等一系列创新IP及功能,并调整相应研发团队来支持新的产品组合方案,这一选择可能和最近几年窘迫的财务状况有关。

五、中芯国际

据最近报道,中芯国际在14nm FinFET技术开发上已经获得重大进展,良率已高达95%,其第一代FinFET技术研发已进入客户导入阶段,并且将在今年上半年投入大规模量产。

同时,12nm的工艺开发也取得突破。中芯国际的14nm/12nm进展,对于中国集成电路产业来说是一个极大利好,但是与全球的先进技术相比,中国还比较落后,还需要整个产业共同努力,以便早日在世界高端芯片制造领域占据一席之地。

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