10纳米工艺神分析 前期省芯后期省钱

　　半导体供应链正面临越来越多的挑战，但10nm节点将有更大的机会能够从新技术工艺的微缩中获得更大的好处。

　　根据国际商业策略(IBS)的分析预计，20nm和16/14nm工艺的闸极成本将会比上一代技术更高。而针对10nm闸极成本的分析则显现出不同的模式，如下图所示。

　　在历经16nm/14nm闸极成本持续增加后，可望在10nm时降低。（来源：IBS）

　　虽然IBS并未预期工艺技术停止微缩，但预计试错成本(cost penalty)将出现在采用20nm bulk CMOS HKMG和16/14nm FinFET之际。对于闸极成本的这些项测已经证实是正确的，而当苹果(Apple)的20nm产品量产时，20nm芯片产能比起28nm时更低得多了。

　　台积电(TSMC)提供了另一个例子。该公司的28nm芯片月产能(WPM)达15万片，但其20nm芯片月产能大约将近三分之一——60,000WPM。Globalfoundries在其纽约州马尔它(Malta)晶圆厂也拥有20nm产能，但该厂的主要着重于FinFET。至于三星电子(Samsung Electronics)和联电(UMC)，他们决定直接跳过20nm。

　　随着16/14nm晶圆量产，同样地，16/14nm的晶圆产能又比28nm时更低。16/14nm的晶圆产量同样是由Apple驱动的，但利用16/14nm技术的时间长短则将由10nm工艺多快出现所决定。

　　相较于晶圆成本增加，10nm时的闸极成本将会降低，这是因为该工艺将会具有更高的闸极密度。为了可在10nm时取得更低的闸极成本，势必需要具备较高的系统与参数良率，但这并不难实现。

　　10nm预计将会是一个高产能与长使用寿命的技术节点。台积电和三星都计划在2015年第4季投产10nm设计，所瞄准的客户显然就是Apple。如果能够在2016年或甚至在2017年中旨以前量产10nm，那么16/14nm将会是一个“短命”的技术节点。

　　然而，10nm所需的资本支出大约为20亿美元，可实现10,000 WPM的产能；如果要达到40,000 WPM产能，那么晶圆厂将耗资80亿美元。此外，实现10nm的设计至少需要1.5亿美元的最低成本，因此，如果芯片营收必须比设计成本更高10倍才能取得不错的投资报酬率，那么，10nm芯片就必须达到15亿美元的销售数字。

　　在10nm节点以后，可能必须使用超紫外光微影(EUV)技术，而且必须在提升EUV吞吐量方面稳定进步。尽管450mm晶圆技术持续进展，但预计要到2020年以前才可能开始导入。