发布于：2015/5/25 0:00:00 | 58604 次阅读
半导体业发展近50年，业界关注摩尔定律是否日益逼近终点，晶圆尺寸继续缩小还能带来多少红利？三大晶圆代工厂英特尔三星与台积电面临技术与成本的双重挑战，依然纷纷推进半导体先进制程，这是为什么？
晶圆代工市场逐渐转移至16/14纳米制程的鳍式场效电晶体（FinFET）技术，英特尔、三星已进14纳米制程量产，而台积电在今年第二季度将进入16纳米制程量产，GlobalFoundries也将很快涉足此新兴市场。据市调机构Gartner报告，各大晶圆厂原订2014年第3季量产16/14纳米制程FinFET芯片，目前各大厂进程比当初原订计划延后至少2~4季，分析师认为主要因为技术和成本的挑战。
Semiconductor Engineering网站指出，各大晶圆厂导入FinFET技术后，面临预期之外的技术掌握困难，包括新的多重曝光（multiple patterning）流程、芯片良率（yield）以及后端制程衔接等调整。半导体业者在转型FinFET之路上，面临设计、生产、以及成本三方挑战。台积电共同执行长刘德音指出，新型芯片使得电路设计和系统软体愈趋复杂，以前只需要1年前开始准备，现在则需更多时间与资源，大幅提高成本。此外，工程师需要依据16/14纳米制程的双重曝光（double patterning）技术，重新设计作业流程，16/14纳米制程也更需要考量光罩（mask）层次的标色分解与布局。产制流程也将面临很大技术挑战，像是晶圆蚀刻、测量、缺陷检测等设备都需投注大笔资金进行升级。
除了面临技术方面的难题，资本也是生产FinFET芯片的挑战，根据Gartner资料，传统28纳米平面型电晶体设计价位约3，000万美元，中端14纳米单芯片（SoC）设计定价则在8，000万美元左右，成本相差近3倍。若加上程序开发与光罩成本还要加上60%成本价，高阶SoC更是中端SoC的双倍价格。也因为造价昂贵，许多只付得起28纳米芯片的厂商，暂时将不转战FinFET市场。FinFET的人力开发与时间成本更是高昂，50人工程师团队设计一组14纳米中阶SoC，得耗时4年方能完成，还要再耗费9~12个月进行原型（prototype）产制、测试与后才能量产，而这都是未失败的前提下。
虽然面临技术与资金的双重挑战，但制程技术仍在进步。未来对于半导体工艺制程未来的竞争焦点已移至10纳米制程节点，英特尔在FinFET市场2~3年起步，其14纳米芯片制程延后，给了竞争对手急起直追的机会。因此在更先进的10纳米制程节电的方面，科技网站报导，英特尔将在明年第3季发表采用10纳米制程技术的“Cannonlake”处理器，14纳米的Skylake架构系列处理器则会如期在今年第4季上市，进度将超前台积电一季。
在英特尔在抢占先进制程技术的同时，眼见中低端手机市场成长趋缓，联电与高通达一件成悄悄的进行约3个月协议的祕密任务，投入18纳米制程研发，力图投产更低成本的中低端手机处理器。
晶圆代工业绩的一技独秀的台积电于2014年对外揭露， 2015年度将暂以20纳米制程为主，2016年再聚焦FinFET，预计2015年中开始量产16纳米FinFETFET，且计划于2016年底达到10万WSPM产能。
三星则直接放弃20纳米制程，决定于2015年全心迎战FinFET市场，据投资机构Pacific Crest Securities表示，目前三星14纳米制程每月晶圆投片量（wafer starts per month；WSPM）约1.1万，占其12吋（300mm）晶圆厂产能10%，而三星也将移转部分28纳米制程产能至14纳米制程，将14纳米制程WSPM提升至4.6万。
GlobalFoundries也技转自三星14纳米制程技术，其位于纽约的晶圆厂具3万WSPM产能，将于2015年稍晚进入FinFET生产流程。
更加先进的制程技术可以带来更小尺寸的晶圆，因此从市场的需求看，先进制程会带来红利，但是面对技术和资金的双重挑战，各大晶圆代工企业也在积极推进先进半导体制程。虽然步伐并不完全一致，但却仍然可以看到竞争激烈，其背后的原因是什么？
尽管逻辑上代工业并不需要做先进工艺的领跑者，它与拥有大量订单作支撑的IDM业态不一样。另外，通常代工厂的客户Fabless的心理也不愿总 作“吃螃蟹者”，投入太多、风险太大。因此先进工艺制程节点，之前是NAND走在最前面，DRAM与CPU跟随其后，而代工业通常是跟随者的角色，如何跟进取决于客户订单有多大。台积电作为晶圆代工的龙头，虽然面临竞争对手的挑战，维持与现有客户的关系以及提升相对成熟工艺制程良品率显得十分重要。
英特尔在PC市场需求不振的情况下，这个半导体行业的霸主的业绩遭受重大打击，因此寻求新的增长点来提高业绩是英特尔的当务之急。原本是IDM厂的英特尔和三星，在看到台积电的一枝独秀之后新进者的加入晶圆代工。英特尔在具备技术优势的前提下，若能够在10nm制程技术上竞争对手，势必能获得像苹果这样客户的订单，最终获益。
在晶圆代工企业除了从自身角度出发考虑，还会受到客户的影响，典型的例子就是高通与联电的合作达到双赢的局面。根据联电内部员工表示，18纳米制程可以说是台积电16纳米制程的降低成本版本；换言之，只要联电借重高通的技术支持，顺利将18纳米制程导入量产，不仅原先的代工成本优于属于同节点的14和16纳米制程，再加上联电擅长的价格竞争力，将成为高通反攻中国大陆中低阶手机市场的一大利器。
因此，虽然面临着技术与资金的双重挑战，但是晶圆代工企业依然在积极推进先进的半导体工艺制程。不过晶圆代工企业在制程竞赛上摆出不同的姿态，无论是从自身的实际情况考虑还是发挥技术优势，或者是在寻求与客户的双赢，最终的目的都是在不被技术潮流所抛弃的同时获得自身利益的化。
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