28nm將在未來5年成為半導體應用的長節點制程工藝

  28nm目前全球的晶圓代工狀況

  在摩爾定律的指引下，集成電路的線寬不斷縮小，基本上是按每兩年縮小至原尺寸的70%的步伐前進。如2007年達到45nm，2009年達到32nm，2011年達到22nm。28nm工藝處于32nm和22nm之間，業界在更早的45nm(HKMG)工藝，在32nm處引入了第二代 high-k 絕緣層/金屬柵工藝，這些為28nm的逐步成熟打下了基礎。2013年是28nm制程的普及年，2015~2016年間，28nm工藝開始大規模用于手機應用處理器和基帶。晶圓上平面設計的極限在28nm可以達到最優化成本。相對于后續開始的16/14nm需要導入FinFET工藝，晶圓制造成本會上升至少50%以上，只有類似于手機這種有巨大體量的應用領域可以分攤成本。在許多非消費類的相關應用中，28nm的工藝穩定性，以及性能和成本的參數，都是非常具有性價比的。

  隨著28nm工藝技術的成熟，28nm工藝產品市場需求量呈現爆發式增長態勢，并且這種高增長態勢持續到2017年。2015年至2016年，28nm工藝主要應用領域仍然為手機處理器和基帶。2017年之后，28nm工藝雖然在手機領域的應用有所下降，但在其他多個領域的應用迅速增加，如OTT盒子和智能電視等應用領域市場的增長速度較快。在全球的產能分布如下圖，巨大的產量儲備，也是為了未來更多新興應用領域的發展做儲備。

  Figure 1: Advanced technology capacity, 28 nanometer and below (includes 32-nanometer)

  Source: Omdia

  28nm目前國內主要的芯片產品以及未來5年可能會導入的新的芯片產品

  從全球純晶圓代工的營收趨勢來看，除去臺積電引領的最先進工藝的高毛利，其他全球的晶圓廠營收主要來自于穩定成熟的工藝。純晶圓代工的企業中，聯電、Globalfoundry、SMIC等，在28nm(以及相關衍生工藝)上都有穩步的性能提升及各種新產品的導入來滿足客戶不同需求。

  Source: Omdia

  據Omdia的觀察，以下產品將成為28nm產線的主流，并且綜合成本和性能考量，在比較長的一段時間內都會穩定在28nm上生產。

  OLED Driver

  隨著手機配置的提升以及全球OLED面板產能的持續釋放，OLED的增長將帶來OLED Driver的需求增量。目前OLED Driver主要集中在韓系廠商，28nm在未來3-5年即將成為高端OLED Driver的主流工藝(低功耗，SRAM面積更小)。

  Figure 3: Smartphone OLED long-term demands

  Connectivity Chips

  IoT的應用爆發，傳統家電設備的升級，使得各種應用終端上對于WIFI、藍牙等無線連接的需求增加，目前主流的無線連接技術都已經向28nm技術遷移。未來工業及消費類的升級，必然帶動大量的無線連接需求。

  FPGA

  FPGA在各種專有應用領域，如復合型計算中心、無線基站、自動駕駛汽車等場景中，都有巨大的應用空間。28nm的工藝無論從計算性能還是綜合功耗來看，都是比較優化的選擇方案。

  Navigation (GNSS, Beidou, GPS)

  隨著中國國內北斗導航的組網成功，帶有北斗導航功能的應用終端會越來越多。目前導航類的芯片尤其具備北斗性能的，都從28nm設計工藝起跳，未來應用空間巨大。

  4G Transceiver

  雖然5G的手機進入了快速成長期，但是就全球而言，4G的手機銷量依然有巨大增長空間，4G的Transceiver主流的設計工藝都是28nm。

  Edge Computing

  云邊結合，邊緣側本地計算的需求越來越多。目前邊緣側的計算一般都帶有簡單的人工智能解析能力，28nm對于這種本地化數據采集以及初步邏輯計算能力相對較強的應用場景而言，是非常具有優勢的。

  NB-IoT, LoRA,Cat.1,eMTC

  具備IoT主流協議的SoC芯片，設計都以28nm為主，而且會成為長期的主流選擇。

  新興應用領域以及未來五年的市場發展趨勢

  近年來，隨著手機上新的硬件升級以及物聯網的興起和普及，越來越多的新興應用的產生，催生了28nm即將進入下一個需求旺盛的周期。

  Source: Omdia

  結論

  28nm雖然是個很不錯的高性價比制程，但各代工企業在該節點處的競爭愈發激烈，除了臺積電、聯電、三星、格芯及中芯國際之外，眼下華虹也加入了戰團。

  由于摩爾定律發展到28nm工藝節點的時候，出現了不同以往的情況，即從28nm開始，再向更高節點發展，如20、16、14、10、7nm等，集成電路中每個晶體管的成本不再下降，而是上升。

  當然，在面對FinFET的挑戰，三星和Globalfoudry也先后推出了FD-SOI的技術。于SOI工藝來說，28nm制程更具優勢，可以撐很久，而且當工藝再往前演進時，SOI會越來越有優勢。28nm算是一個分界點。到了這個節點，工藝可以很輕松地轉換到SOI。

  我們將看到，由于5G的商用，我們將要實現的是一個全面數字化的連接世界。芯片作為基礎化的基點，將越來越多被采用到各種技術升級及革新中。以手機為驅動的先進工藝的演進和以萬物互聯為訴求的無處不在的計算和連接將成為未來半導體的雙驅動力。無疑，28nm會為構建萬物互聯的物聯網提供穩定堅實的基礎供應。