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台积电和三星10纳米芯片良率低,引致全行业恐慌

半导体行业观察  · 公众号  · 半导体  · 2016-12-24 12:40

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根据供应链报告Digitimes的消息,预计10纳米工艺的低良率将导致明年的A10X芯片的iPad平板电脑可能推迟生产。台积电的10nm芯片主要是由苹果,海思,联发科操刀,虽然有部分是代工。买方要求2017年第一季度就批量生产,但台积电10纳米芯片工艺技术的良率并不是代工生产公司希望看到的,消息人士说。


台积电计划开始生产苹果的下一代A10X iPad芯片,这样或推迟2017年iPad的生产时间。


即使低于预期良率,但是还有其它的代工厂,苹果公司不仅仅依靠台积电,还有三星和英特尔两家巨头,虽然在短时间内生产芯片非常困难,大量的同一消息来源报道说,三星目前也看到了低良率的情况。


目前已经有多个报道称,苹果计划引入一个新的10.5英寸iPad型号专门针对企业和教育部门。现有的9.7英寸将继续。


引致全行业的恐慌?


台积电、三星的10nm工艺量产已经进入倒计时阶段,苹果A11/A10X、华为麒麟970、高通骁龙835、联发科Helio X30等一众新旗舰芯片也都在翘首以盼。



根据规划,苹果新一代iPad处理器A10X将由台积电在2017年3月率先量产,第二季度则会继续量产iPhone 8的处理器A11,其他几款也都安排在明年上半年。


但据台湾媒体最新消息,台积电、三星两家的10nm工艺良率都不如预期,量产面临尴尬境地,甚至影响到了未来新工艺的研发。


最近五个工艺世代,台积电一直是资深研发总监吴显扬(16/7nm)和曹敏(20/10nm)轮流领军,但未来的5nm交给了今年3月才加入台积电研发部门的前高通资深工艺总监Geoffrey Yeap。


台积电计划2020年量产5nm,而届时Intel也有望上马7nm,为了胜过对手台积电将上马很多新技术,包括光学/紫外线光刻、锗/三五族材料代替硅等等。


三星方面,据称其10nm良率甚至还不如台积电,导致和高通的关系十分紧张。


高通之前因为不满台积电的进度而投奔三星,14nm上合作还算愉快,于是在10nm上继续,预计7nm才会回到台积电,结果三星10nm也不顺,导致高通明年的多颗芯片都不得不返回14nm,比如骁龙660。


10nm的三强对决


面对Samsung LSI 在先进制程技术上步步进逼,台积电为重新取回在foundry 产业的制程领先地位,一改以往研发单位一个制程(technology node)完成,移交给制造部门,再开发下一个制程的流程,直接用两个团队平行研发,同时开发10nm 和7nm 制程,而不是等10nm 做好再做7nm。这也是台积电宣称,从16nm 到10nm 要花将近两年,但是从10nm 到7nm 预计只要花5 季。目前进度,10nm 预计end-2016 量产,early-2017 wafer out。


台积电研发中的10nm 制程技术,和16nm FinFET+ 比较,在同样耗电之下,10nm 制造的芯片产品速度快20%,在同样速度之下,耗电少40%,gate density 则是16nm FinFET+ 的2.1 X。预计4Q15 将验证制程技术(technology qualification),1Q16~2Q16 客户产品tape out,Late-4Q16 量产(或Early-1Q17 初)、1Q17 出货。


虽然目前台积电、Samsung LSI 和英特尔3 家厂商的10nm 都预计在end-2016 量产,但英特尔可能于10nm 导入新的all-around gate,台积电和Samsung LSI 还是用3D FinFET,如果3 家公司都没有延误,顺利在end-2016 量产10nm 的话,英特尔的技术还是领先一步。




10nm 产业界看来,会是一个很大的制程世代(technology node),无论是生命周期或产品数量,都会是一个重要的世代,因为:


(1)从技术发展看,10nm 的cost 和performance 的进步,比22 / 20nm 到14 / 16nm 更大。


(2)从28nm 以来,cost per transistor 首度于10nm 开始下降。


LAM Research 预测到end-2018,foundry 产业的10nm 产能会成长到140~150K/m。可以想见,10nm 将会是一个非常重要的战争,也会是台积电和Samsung LSI 的第一次「正面」、「同时」、「基础接近」的一次大对决,因为:


(1)、45nm 到32 / 28nm,Samsung LSI 和Apple 互利的结合,台积电没有真正加入竞争,20nm 台积电一出手就全拿Apple AP 订单,但Samsung 放弃22 / 20nm(只有做自家产品)直接跳到14nm 又打败台积电16nm(至少在时间上),这几个世代,比较像是商业策略运用,不像正面对决。


(2)、首度,台积电和Samsung LSI 在下一代10nm 制程技术,量产时间类似(end-2016),技术方向也类似,让客户可以好好比较,不像以前,Samsung LSI 主力用45nm 时台积电用40nm half node ,Samsung 量产32nm 时台积电用28nm half node(台积电的32nm 只有研发没有量产),Samsung LSI 的14nm 和台积电的16nm 规格也有差异,不好比较。还有HKMG 或SiO2、gate last 或gate first 之差异,让客户有长远技术走向的不同考量。到了10nm 制程世代,则是直接硬碰硬的竞争1. cost、2. performance、3. power(漏电)、4. yield。

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