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欧洲正式发起 2nm 反击,中国芯片制造的新选择

爱站云 2021-03-18 值得一看 0 评论

据彭博社报道,昨日,欧盟委员会正式发布《2030 数字指南针(2030 Digital Compass)》规划书,为未来 10 年的半导体产业发展提出了最新目标。

这份长达 27 页的文件中明确写道:

截止到 2030 年,欧洲先进和可持续半导体的生产总值将至少占全球生产总值的 20%,攻克 2nm 工艺,能效至少翻 10 倍。

欧盟对 2nm 工艺的野心早已不是第一次显露。此前已有媒体报道 ,欧盟欲联合 19 个欧洲国家打造超级晶圆代工厂,研发 2nm 先进制程。

此次规划书的出台,无疑是在加速启动 2nm 计划。欧盟在文件中表示,提出这一目标是为了减少欧洲对非欧盟关键基础技术,以及少数大型科技公司的依赖,以确保 “数字主权”。

欧盟 “芯片工艺”陷入困境

芯片制程经历将近 70 多年的发展,在摩尔定律的规律下,已经从最初的微米级发展到纳米级。如果将 28nm 作为先进制程的分界点,那么我们已经引来了先进制程竞争的世界,国际领先的代工厂的竞争已经从 14nm 延伸到 7nm、5nm。

本网此前报道,全球最大的芯片厂商台积电、三星均已实现 7nm、5nm 量产,高通骁龙 888、苹果 A14 等手机芯片均已用上 5nm 芯片。拥有自己代工厂的英特尔经历了 10nm 延期后,正努力攻克 7nm,而欧洲最大的晶圆代工厂 GF(GlobalFoundries,格罗方德),还主要停留在 14nm 工艺。

此前 GF 也有意向 7nm 进军,曾宣布将在 2020 年第四季度推出 7nm 工艺首批芯片,但囿于无法解决芯片烧钱的难题,不得已宣布放弃这一计划。而芯片先进制程的投入与产出不成正比也正是整个欧洲芯片市场普遍面临的难题。

GF 与三星、台积电并称为全球晶圆代工厂中拥有尖端工艺的三驾马车,但从先进制程的进度来看,以 GF 为代表的欧洲市场已经被远远甩在了后面。

此外,不仅仅是落后于台积电与三星,相比于大陆晶圆代工厂,欧洲市场也稍逊一筹。最新消息显示,中国大陆晶圆代工厂中芯国际在 14nm 制程工艺的产品良率上已追平台积电同等工艺,水准达约 90%-95%。且各制程产能满载,部分成熟工艺订单已排至 2022 年。

在竞争如此激烈的市场环境下,欧盟加大力度提升芯片制程似乎已是迫在眉睫之事。

值得注意的是,在半导体领域,当下的欧洲还面临着缺少大型晶圆代工厂的窘境。如台积电、三星、SK 海士力、英特尔等著名厂商所属晶圆厂没有一家位于欧洲。

另外,其本土的半导体厂商,作为全球十大半导体厂商之一的恩智浦半导体 (NXP semiconductors)、英飞凌科技 (Infineon Technologies),其大部分生产已经被外包出去。

据了解,欧洲目前有三家本土芯片制造商,采用的都是轻晶圆厂(Fab Lite)和小批量生产的模式。

押注 2nm,扭转芯片产业局势

近 20 年来,欧洲曾多次尝试提升芯片制造能力,但效果并不理想。

据了解,80 年代中期,欧盟曾支持恩智浦和英飞凌实现制程工艺跨世代,但后因结果未达到预期选择了外包模式。

2012 年,欧盟负责数字议程的委员 Neelie Kroes 曾提出 “芯片空中客车(Airbus of chips)”议程,欲耗资 100 亿欧元,联合企业、地区和欧洲利益联合打造最新先进的晶圆代工厂。然而,各大芯片制造商却对此表示毫无兴趣。

直到 2020 年,随着全球芯片供应链出现中断,芯片荒加剧,欧盟各国不得不加大对半导体产业发展的扶持力度,以摆脱美国和亚洲厂商的依赖,提升自主研发和生产的能力。

据悉,2020 年 12 月,欧盟已联合荷兰、法国、芬兰等 19 个欧洲国家共同签署了一份《欧洲处理器和半导体科技计划联合声明》,并首次宣称将着力攻克 2nm 工艺。

声明中显示,欧盟计划斥资 500 亿欧元打造一座先进的半导体工厂,以生产 10nm 制程以下的半导体。截止目前,该联盟的投资总额已超过了 11000 亿元。

近日,欧盟正式出台《2030 数字指南针:数字十年的欧洲方式(2030 Digital Compass: the European way for the Digital Decade)》,旨在推动将其数字目标转化为现实。

在规划书中,欧盟明确指出芯片对于联网汽车、智能手机、物联网、高性能计算、边缘计算和人工智能等多个领域至关重要。

攻克 2nm 工艺前路几何?

欧盟各国报团取暖,联和助力芯片产业发展,多少有些势在必得之势。那么十年之后,欧盟是否真的能够攻克 2nm 技术,并且实现量产。这一点我们可以从 5nm 工艺上窥见一二。

自台积电实现 5nm 量产之后,各家手机芯片厂商就开始了激烈的 5nm 芯片角逐,苹果、华为、高通、三星相继推出旗舰级 5nm 移动处理器,并宣称无论是在性能上还是在功耗上都有着优秀的表现。

但事实上,这几款 5nm 手机芯片的表现并没有达到预期,并遭遇了一场集体 “翻车”。

不少数码评测博主指出,首发骁龙 888 的小米 11 性能提升有限,功耗直接上升,其原因在于三星代工的 5nm 工艺制程不成熟。

本网了解到,对于此类现象,Moortec 首席技术官 Oliver King 曾表示:“当我们从 7nm 升级到 5nm 时,处理器速度有了很大的提高,但漏电流也下降得比较快,几乎与 28nm 水平相同,我们不得不去平衡他们。”

因此,行业内将低功耗设计视为芯片行业需要解决的问题之一。而不成熟的设计与制造会影响性能与功耗的最大化折中,因此如何平衡先进节点下芯片的性能、功耗与面积(PPA),也是芯片设计与制造的挑战。

更尴尬的是,无论是芯片设计厂商还是芯片制造厂商,想要达到 5nm、2nm 等先进制程,除了需要打破技术上的瓶颈,还需要有巨大的资本作为支撑,熬过研发周期和测试周期,才可能看见收益。

根据市场研究机构 International Business Strategies (IBS)给出的数据显示,65nm 工艺时的设计成本只需要 0.24 亿美元,到了 28nm 工艺时需要 0.629 亿美元,7nm 和 5nm 成本急速增长,5nm 设计成本达到 4.76 亿美元。

如前所述,GF 晶圆代工厂便是出于经济考虑,于 2018 年宣布搁置 7nm 项目,将资源回归 12nm/14nm 上。此外,就连实力强大的英特尔也在 10nm、7nm 的研发过程中多次受阻。

最后从时间节点来看,当前的芯片巨头台积电,从传统工艺 28nm 量产,最先进的 5nm 制程量产,用了整整 10 年的时间,中间跨越了 14nm、12nm、10nm、7nm。其中从 7nm 到 5nm 的过渡用了 3 年。

因此,以上从技术工艺、经济因素以及研发周期来看,欧盟能否攻克 2nm 技术尚为可知,但这条路必然阻碍重重。此外,从目前的全球产业局势,以及其自身的产业现状来看,欧盟也只能选择迎难而上。

中国制造新选择

毋庸置疑,欧盟的新十年目标旨在打破美国在半导体领域的垄断地位,实现芯片自产可控。

而从更大范围来讲,欧盟晶圆代工厂若能够在 2030 年实现 2nm 工艺,并拿下全球 20% 的芯片产能,这对全球半导体企业来说都是一个好消息,尤其是中国企业。

在全球半导体产业中,美国占据了接近 50% 的市场份额,大部分晶圆代工厂的先进技术都与美企有关。然而自去年开始,美国商务部针对中国下达多项芯片禁令,限制其相关技术和产品在中国市场的交易。

如我们所见,在禁令的影响下,我国与芯片相关的企业和产业均受到了不同程度的影响,其中影响最为显著的是手机行业。如自台积电断供华为后,华为不得不出售了荣耀手机业务;小米高管近日在个人微博上表示:今年的芯片,极缺。

其次就是汽车制造行业,受全球芯片短缺影响,大部分车企或降低产能或停工停产。以上,究其原因主要是由美国芯片禁令引起全球供应链失调所致。

我国是芯片进出口大国,每年的交易金额超过了 3000 亿美元。如果欧盟在 10nm 以下制程不断取得新突破,甚至最终拿下 2nm 制程,这对于国内众多芯片需求商来说,无疑是一个新选择,也是一个更好的选择。

当然,想要从根本上解决芯片卡脖子的问题,还要着眼自身,提高 “造血”能力。


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