技术与成本挑战同在半导体制程竞赛为何依旧激烈？

2015-05-22 00:49

　　全球半导体业发展近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？

　　全球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芯片最大的挑战，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、测试与认证后才能量产，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市场领先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。

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