广告

“宇宙的尽头是铁岭”,那半导体科技的尽头在哪里?

“宇宙的尽头是铁岭”,那半导体科技的尽头在哪里?

综合最新收到的多条行业信息,《国际电子商情》发现从3D NAND存储,到宽禁带半导体、PMIC晶圆,再到3nm/1nm先进制程工艺,全球半导体产业正在呈现一些令人印象深刻的变化趋势。我们相信,这些共同趋势的出现绝非偶然,它们既是企业多年深耕的结果,也是科技、市场和应用发展的新要求。为此,本刊对这些热门领域的最新进展进行了详细梳理,以飨读者。

3D NAND层数,越越多

2022年是NAND闪存的35周年。IC Insights最新的预测数据显示,2022年NAND闪存资本支出将达到299亿美元,增幅8%,超过2018年278亿美元的历史最高记录。而299亿美元规模则占2022年整个集成电路行业资本支出1904亿美元的16%,仅落后于晶圆代工行业。 x92esmc

x92esmc

图片来源:IC Insightsx92esmc

下表显示了几大NAND制造商的3D NAND层数主要计划:x92esmc

x92esmc

图片来源:Blocks & Filesx92esmc

行业人士预测,三星电子将有望在现有176层3D NAND的基础上,于2022年底推出200层甚至更多层的第8代NAND闪存,并借此成为第一家通过在128层单堆栈中增加96层来发布224层NAND闪存的芯片制造商。与 176层相比,224层NAND闪存的生产效率和数据传输速度将提高30%。x92esmc

美光176层3D NAND闪存自2020年11月批量出货以来,在数据中心、移动设备中得到了广泛采用。该公司计划在2022年末开始量产的232层NAND芯片采用3D TLC架构,原始容量为1Tb(128GB)。该芯片基于美光CuA(CMOS under array)架构,并使用NAND串堆叠技术在彼此之上构建两个3D NAND阵列。CuA架构设计加上232层NAND,大大减少了美光1Tb 3D TLC NAND存储器的裸片尺寸和生产成本,使美光能够具有芯片定价权。x92esmc

x92esmc

图片来源:美光x92esmc

但美光没有公布232层 3D TLC NAND IC的I/O速度或平面数量,只是暗示与现有的3D NAND设备相比,新的内存将提供更高的性能和更低的功耗,这对采用PCIe 5.0接口的下一代SSD特别有用。而从美光公布的NAND技术路线图可以看出,在2YY层量产稳定后,美光将继续3XX架构开发,并积极探索4XX的实现路径。在此基础上,其3D NAND路线图也被规划到了500层。 x92esmc

x92esmc

图片来源:美光x92esmc

据TechPowerup报道,西部数据与铠侠(Kioxia)合作开发的第六代162层BiCS Flash将会在今年量产,届时将可实现单片晶圆100TB容量的能力,相比2020年的70TB有所增加。接下来,双方计划在2024年推出堆叠层数200层以上的BiCS+产品,主要用于数据中心,有望比目前的第六代162层BiCS Flash传输速度提高60%,每片晶圆的容量也将提高55%。到2032年,将出现500层堆叠的NAND闪存。x92esmc

x92esmc

图片来源:西部数据x92esmc

不过,铠侠方面此前在接受媒体采访时曾表示,也许很多人觉得层数是3D闪存容量最关键的参数,但这种看法并不完全正确,因为层数增加会带来制造成本的直线上升,而业界对性价比型的闪存需求一直存在。x92esmc

SK海力士最新的3D NAND是512Gb 176层堆叠的3D NAND,随着对企业存储应用的日益关注,SK海力士预计将在2023年迁移到196层。不过在2021年3月的IEEE国际可靠性物理研讨会上,SK海力士CEO李锡熙说,“通过改进DRAM和NAND各个领域的技术发展,将来有可能实现10nm以下的DRAM工艺和堆叠600层以上的NAND。”x92esmc

x92esmc

图片来源:SK海力士x92esmc

国内方面,长江存储用短短3年时间实现了从32层到64层再到128层的跨越,而近期据业内人士透露,长江存储已向少数客户交付了其内部开发的192层3D NAND闪存样品。x92esmc

总的来看,闪存资本支出在2017年开始飙升,当时该行业正向3D NAND转型,此后每年都超过200亿美元。随着NAND闪存供应商准备从2022年底到2023年进入200层以上产品的竞争,一批NAND闪存工厂也进入了新建和升级名单中,包括:三星的Pyeongtaek Lines1和2(也用于DRAM和代工);三星在西安的二期投资;铠侠在日本岩手的Fab6和FabK1,以及美光在新加坡的第三家闪存工厂。此外,SK海力士为其M15工厂的剩余空间配备了NAND闪存。x92esmc

晶圆尺寸,越来越大

宽禁带半导体晶圆尺寸由6英寸向8英寸升级正成为行业趋势,最新的消息包括:x92esmc

——4月26日,Wolfspeed宣布其位于美国纽约州莫霍克谷(Mohawk Valley)的SiC制造工厂正式开业,这是全球首座且规模最大的200mm SiC工厂;x92esmc

——5月6日,半导体材料企业Soitec发布了其首款200mm碳化硅SmartSiC™晶圆;x92esmc

——5月9日,业内消息称,联电近期正大举购置新机台,加速布局8英寸晶圆宽禁带半导体制造,预计下半年陆续进厂;x92esmc

此外,在硅基氮化镓领域,泰科天润湖南生产线建设了全球首家8英寸硅基氮化镓IDM量产线,目前已经大规模出货。公司计划投资60亿元扩建苏州8英寸氮化镓研发生产基地,全线投产后将形成年产78万片功率控制电路及半导体电力电子器件的产能。而全球最大的8英寸硅基氮化镓晶圆制造商英诺赛科在完成30亿元的D轮融资之后,计划在2025年之前将月产能由当前的10000片/月提升到70000片/月。x92esmc

与半导体行业发力12英寸硅晶圆的目标类似,由6英寸向8英寸的升级将有利于宽禁带半导体大幅降低成本。以碳化硅为例,和传统的硅器件相比,碳化硅生长缓慢,尺寸小(6英寸为主,少量8英寸有商业化,而硅则是12英寸),因此成本居高不下。加之目前应用领域有限,而且是最近一两年才开始爆发式增长,因此产能的扩张明显落后于需求的增长,规模效应还没有发挥出来。x92esmc

当前,宽禁带半导体制造商科锐、意法半导体、英飞凌、罗姆等SiC头部企业大多采用IDM模式,积极扩充产能是行业发展“关键词”。Trendforce集邦咨询的化合物半导体分析师龚瑞骄指出,“SiC衬底具有极高的产品附加值,另外其制程技术复杂,它的晶体生长速度也非常缓慢,是SiC晶圆产能的关键制约点。未来我们认为取得SiC衬底资源将是进入下一代电动车功率器件的入场门票。”x92esmc

稍早之前,2022年2月,英飞凌宣布斥资逾20亿欧元,在马来西亚居林工厂建造第三个厂区。建成之后,新厂区将用于生产碳化硅和氮化镓功率半导体产品,每年可为英飞凌创造20亿欧元的收入。x92esmc

ST也在继续投资扩建在意大利Catania和新加坡的SiC产能,计划到 2024年将SiC晶圆产能提高到2017年的10倍,以支持众多汽车和工业客户的业务增长计划。x92esmc

罗姆在日本阿波罗筑后和宫崎新工厂将于2022年投入运营,预计可提高SiC器件产能5倍以上。此外,罗姆还将在2023年8月把马来西亚的半导体工厂产能扩大1.5倍,计划到2023年8月建成。x92esmc

可以预见的是,随着IDM企业、晶圆代工企业与本土新兴势力的共同参与,宽禁带半导体的制造规模将得到进一步扩大,继而引发连锁效应,提升上游晶片、原材料、设备需求量的同时,大幅降低规模化生产成本。x92esmc

PMIC芯片,8英寸转向12英寸

据台湾电子时报报道称,多个采用8英寸晶圆制程工艺的电源管理芯片产品已转向12英寸,且高通、苹果、联发科等大客户进入12英寸制程后已陆续放弃此前争取到的8英寸产能。x92esmc

消息人士称,随着高通和联发科等寻求转向12英寸制造电源管理芯片,二三线晶圆厂将在2023年释放更多可用的8英寸产能,虽然今年晶圆代工产能不会松动,但2023年二三线代工厂有望空出更多8英寸产能。x92esmc

根据集邦咨询的调研,大部分PMIC基于8英寸0.18-0.11微米工艺制造。早在疫情之前,8英寸产能的紧缺就暴露了出来。2016前后,电动车等新应用刺激出大量包括PMIC在内的“小芯片”需求,让本该被12英寸替代的8英寸产能落入紧缺。2020年缺芯潮爆发,加剧了这一结构性短缺,导致包括PMIC在内的一系列小芯片严重缺货涨价。x92esmc

芯片厂对于8英寸晶圆的扩产,主要是用“去瓶颈化”的方式增加少量产能。据集邦咨询预测,2020至2025年全球前十大晶圆厂8英寸等效晶圆产能复合年增长率仅3.3%,相比之下12英寸的年增量是10%。由此可见,各厂扩产重心早就放在12英寸之上。x92esmc

制程工艺,越来越小

3nm工艺是2022年晶圆代工业竞争的重点。x92esmc

台积电在最新的3nm工艺上继续选择采用FinFET晶体管架构,主要基于两方面的考虑:一是希望通过研发团队的不断创新,用新的方式持续提升FinFET的性能;二是希望客户能够尽快的无缝升级技术和产品以获得更优的体验。与5nm相比,预计将于2022年下半年开始量产的3nm工艺速度提升10%-15%,功耗降低25%-30%,逻辑密度是前者的1.7倍,SRAM密度提升20%,模拟密度提升了10%。 x92esmc

x92esmc

图片来源:台积电x92esmc

而三星电子的计划是在2022年上半年开始生产首批3nm芯片,第二代3nm芯片预计将于2023年开始生产。三星电子3nm GAA工艺将采用MBCFET晶体管结构,与5nm工艺相比,面积减少35%,性能提高30%,功耗降低50%。根据规划,三星将于2025年推出基于MBCFET的2nm工艺,而台积电的规划则是在2025年如期量产2nm晶圆。x92esmc

在2021年引入新制程节点命名之后,英特尔的Intel 4将在2022年下半年投产,并于2023年出货,这些产品包括面向客户端的Meteor Lake和面向数据中心的Granite Rapids;将于2023年下半年开始量产的Intel 3,凭借FinFET的进一步优化和在更多工序中增加对EUV使用,较之Intel 4将在每瓦性能上实现约18%的提升,在芯片面积上也会有额外改进。x92esmc

x92esmc

近日,有媒体报道称,台积电宣布启动1.4nm芯片制程工艺的开发,将在今年6月将其3nm工艺研发团队转为1.4nm工艺研发团队。而与此同时,有消息称,三星对此也将采取相应措施。x92esmc

不过,相比之下,英特尔的规划则更为激进,将在2024年推出的Intel 20A和将于2025年初推出的Intel 18A将标志着半导体制造业“开启埃米时代”。x92esmc

责编:Elaine
邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

  • 今年车用SiC功率元件市场规模可望突破10亿美元

    据市调机构调查指出,随着越来越多车企开始在电驱系统中导入SiC技术,预估今年车用SiC功率元件市场规模可望达到10.7亿美元,至2026年将攀升至39.4 亿美元...

  • 传OPPO在印逃税5.51亿美元

    国际电子商情14日从外媒获悉,印度税务情报局周三发表的一份声明称,一项调查发现,中国智能手机制造商OPPO涉嫌非法避税,逃避了价值439亿卢比(约5.51亿美元)的关税...

  • 材料短缺、工厂火灾、疫情封控,供应链危机已成制造业的

    一项研究显示,制造商正在积极推进数字化改革,以管理2022年及以后的供应链中断,但对他们目前的技术能否应对这些挑战没有信心。

  • 中国疫情封锁冲击,Q2全球PC出货量下降15%

    国际电子商情14日讯 据市调机构最新报告,在今年Q2,中国为战“疫”采取了封控措施,一些地方生产被迫中断,对全球PC市场带来了重大影响。Q2全球PC出货量下降15%,创下自疫情封控以来(2020年Q1)新低...

  • 紫光集团董事长发全员信:反思为何会走向破产重整

    国际电子商情讯 周一宣告完成公司股权变更后,7月13日,紫光集团新任董事长李滨致今日在官微发布全员信,复盘紫光为何未能发挥优势反而走向破产重整,以及近期需要重要推进的几个事项...

  • 半导体行业凛冬将至,而且这次和以前不大一样

    相比于此前很长一段时间100%满负荷状态,预计下半年8寸晶圆厂的总体产能利用率大约会在90-95%左右,某些消费电子应用占大比重的foundry厂的产能利用率将滑坡至90%。

  • 美商务部长:3300亿芯片法案“必须现在通过”

    国际电子商情12日讯 外媒引述两名消息人士的说法指出,拜登政府三位高级官员周三将向参议员介绍全球创新和技术竞赛,以及一项振兴美国半导体制造业的芯片法案。美国商务部长Gina Raimondo表示,芯片法案“必须现在通过”...

  • 如期完成股权交割,紫光集团重整收官在即

    历时一年八个月后,紫光集团重组终于步入收尾阶段。国际电子商情12日讯 11日下午,紫光集团及下属公司发布公告称,紫光集团已于11日完成股权交割,智广芯承接重整后紫光集团100%股权...

  • 瑞萨、易灵思、中印云端合作:ProMe系列SoM产品规划图曝

    当今时代,电子系统信息技术已经非常复杂,且电子产品的迭代速度也非常快。从AI演算到信号处理,再到高速传输、低延迟的网络,大量边缘计算无处不在。随着AI模型在边缘和云端的应用日益普及,市场对边缘计算系统开发的要求越来越高。研发工程师不仅要了解嵌入式技术,还要对存储、时钟、高速串口布局、电源的连接等技术都有相应的知识储备。在某种意义上,这增加了开发的时间和人力成本,还带来了一定的技术风险。

  • 从电动踏板车到电子午餐盒,投资者关注的10款电子硬件产

    随着电子行业进入夏季,有迹象表明电子产品的交货时间可能正在缩短。尽管普遍认为,电子行业的主要芯片类别要到2023年年中才能回归正常库存,但Gartner预测指出,最早有望在今年秋季实现部分恢复。基于此,电子产品的创新玩家们摩拳擦掌,在融资平台上推出了大量产品,希望获得投资。

  • 投资40亿欧元!传格芯、ST合作在法建晶圆厂

    国际电子商情11日从外媒获悉,芯片制造商意法半导体(STMicroelectronics)和晶圆制造业者格芯证实,将在法国投资近40亿欧元设立新厂区,预计创造约1000个就业机会,这是欧洲努力提高芯片独立性的一步...

  • 涉及十余项技术专利,松下在美起诉博通侵权

    国际电子商情11日从外媒获悉,日本 Panasonic 控股公司 (Panasonic Holdings) 上周四 (7 日) 以该公司持有的电脑技术相关专利遭侵害为由,在美国德州的联邦地方法院向美国半导体大厂博通提起专利侵权诉讼。

近期热点

广告
广告

EE直播间

更多>>

在线研讨会

更多>>