成熟工藝,中芯國(guó)際的護(hù)城河
成熟制程制程是指90nm, 0.13/0.11μm, 0.18μm, 0.25μm, 0.35μm以及公司獨(dú)有的SPOCULL。2015Q1-2016Q2年期間,成熟邏輯技術(shù)業(yè)務(wù)收入占比55%以上,是公司主要業(yè)務(wù)來(lái)源,為公司業(yè)績(jī)提供了安全邊際。
現(xiàn)在的成熟邏輯技術(shù)包括了90nm, 0.13/0.11μm, 0.18μm, 0.25μm, 0.35μm,我們來(lái)看一下中芯在上面的布局。
1)90nm
中芯國(guó)際的300毫米晶圓廠已有多個(gè)90納米工藝的產(chǎn)品進(jìn)入大規(guī)模的生產(chǎn),中芯國(guó)際擁有豐富的制程開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),可向全球客戶(hù)提供先進(jìn)的90納米技術(shù)。中芯90納米制程采用Low-k材質(zhì)的銅互連技術(shù),生產(chǎn)高性能的元器件。
利用先進(jìn)的12英寸生產(chǎn)線進(jìn)行90納米工藝的生產(chǎn)能確保成本的優(yōu)化,為客戶(hù)未來(lái)技術(shù)的提升提供附加的資源。同時(shí),中芯90納米技術(shù)可以滿(mǎn)足多種應(yīng)用產(chǎn)品如無(wú)線電話,數(shù)字電視,機(jī)頂盒,移動(dòng)電視,個(gè)人多媒體產(chǎn)品,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入及個(gè)人計(jì)算機(jī)應(yīng)用芯片等對(duì)低能耗,卓越性能及高集成度的要求,此外,中芯國(guó)際的90納米技術(shù)可以為客戶(hù)量身定做,達(dá)到各種設(shè)計(jì)要求,包括高速,低耗,混合信號(hào),射頻以及嵌入式和系統(tǒng)集成等方案。
在90納米技術(shù)上,中芯國(guó)際向客戶(hù)提供生產(chǎn)優(yōu)化的方案,以期竭盡所能地為客戶(hù)產(chǎn)品的性能的提升,良率的改善和可靠性的保證提供幫助。對(duì)于90納米相關(guān)的單元庫(kù),IP及輸入/輸出接口等可通過(guò)中芯國(guó)際的合作伙伴獲得。
2)0.13/0.11μm
中芯國(guó)際的0.13微米制程采用全銅制程技術(shù),從而在達(dá)到高性能設(shè)備的同時(shí),實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)化。中芯國(guó)際的0.13微米技術(shù)工藝使用8層金屬層寬度僅為80納米的門(mén)電路,能夠制作核心電壓為1.2V以及輸入/輸出電壓為2.5V或3.3V的組件。中芯國(guó)際的高速、低電壓和低漏電制程產(chǎn)品已在廣泛生產(chǎn)中。中芯國(guó)際通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)供應(yīng)伙伴,提供0.13微米的單元庫(kù),內(nèi)存編譯器,輸入輸出接口和模擬IP。
0.13/0.11μm性能優(yōu)異。和0.15微米器件的制程技術(shù)相比,中芯國(guó)際的0.13微米工藝能使芯片面積縮小25%以上,性能提高約30%。與0.18微米制程技術(shù)比較,芯片面積更可縮小超過(guò)50%,而其性能也提高超過(guò)50%。
3)0.18μm
中芯的0.18微米為消費(fèi)性、通訊和計(jì)算機(jī)等多種產(chǎn)品應(yīng)用提供了在速度、功耗、密度及成本方面的最佳選擇。此外,它也在嵌入式內(nèi)存、混合信號(hào)及CMOS射頻電路等應(yīng)用方面為客戶(hù)提供靈活性的解決方案及模擬。此工藝采用1P6M(鋁)制程,特點(diǎn)是每平方毫米的多晶硅門(mén)電路集成度高達(dá)100,000門(mén)以及有1.8V、3.3V和5V三種不同電壓,供客戶(hù)選擇。中芯國(guó)際在0.18微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)上可提供低成本、經(jīng)驗(yàn)證的智能卡、消費(fèi)電子產(chǎn)品以及其它廣泛的應(yīng)用類(lèi)產(chǎn)品。
公司的 0.18微米工藝技術(shù)包括邏輯、混合信號(hào)/射頻、高壓、BCD、電可擦除只讀存儲(chǔ)器以及一次可編程技術(shù)等。這些技術(shù)均有廣泛的單元庫(kù)和智能模塊支持。目前0.18um工藝產(chǎn)品仍然是公司業(yè)務(wù)收入的主體來(lái)源。
4) 0.25μm
中芯國(guó)際的0.25微米技術(shù)能實(shí)現(xiàn)芯片的高性能和低功率,適用于高端圖形處理器、微處理器、通訊及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理芯片。中芯國(guó)際同時(shí)提供0.25微米邏輯電路和3.3V和5V應(yīng)用的混合信號(hào)/CMOS射頻電路。
5)0.35μm
中芯提供成本優(yōu)化及通過(guò)驗(yàn)證的0.35微米工藝解決方案,可應(yīng)用于智能卡、消費(fèi)性產(chǎn)品以及其它多個(gè)領(lǐng)域。中芯國(guó)際的0.35微米制程技術(shù)包括邏輯電路,混合信號(hào)/CMOS射頻電路、高壓電路、BCD、 EEPROM和OTP芯片。這些技術(shù)均有廣泛的單元庫(kù)和智能模塊支持。
3.2.2. SPOCULL
SPOCULLTM是中芯國(guó)際的一種特殊工藝技術(shù)。SPOCULLTM中包括兩個(gè)工藝平臺(tái): 95HV和95ULP。95HV主要是支持顯示驅(qū)動(dòng)芯片相關(guān)的應(yīng)用,而95ULP主要支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)方面的應(yīng)用。The SPOCULLTM技術(shù)提供了在8寸半導(dǎo)體代工技術(shù)中最高的器件庫(kù)密度和最小的SRAM。同時(shí)SPOCULLTM技術(shù)還具有極低的漏電流,低功耗和低寄生電容的優(yōu)秀的半導(dǎo)體晶體管特性。
另外,中芯國(guó)際還有65/55nm工藝,這種融合高性能低功耗、仍是主力工藝平臺(tái)。
中芯國(guó)際65納米/55納米邏輯技術(shù)具有高性能,節(jié)能的優(yōu)勢(shì),并實(shí)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)成本的優(yōu)化及設(shè)計(jì)成功的可能性。65/55nm仍然是主力工藝平臺(tái)、2014-2015年收入占比均維持在24%。 65/55nm技術(shù)工藝元件選擇包含低漏電和超低功耗技術(shù)平臺(tái)。此兩種技術(shù)平臺(tái)都提供三種閾值電壓的元件以及輸入/輸出電壓為1.8V, 2.5V和 3.3V的元件,而形成一個(gè)彈性的制程設(shè)計(jì)平臺(tái)。此技術(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)則、規(guī)格及SPICE模型已完備。55納米低漏電/超低功耗技術(shù)和65納米低漏電技術(shù)重要的單元庫(kù)已完備。
中芯國(guó)際65納米/55納米射頻/物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)組合能夠支持無(wú)線局域網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)、藍(lán)牙、近距離無(wú)線通訊和ZigBee有關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用。特別是已有的嵌入式閃存和射頻技術(shù),使中芯國(guó)際55納米無(wú)線解決方案能很好的符合與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的無(wú)線連接需求。
28nm需求強(qiáng)勁,中芯增長(zhǎng)的重要?jiǎng)恿?/strong>
我們也知道,推動(dòng)集成電路前進(jìn)的主要?jiǎng)恿χ皇枪饪坦に嚦叽绲目s小。目前28nm采用的是193nm的浸液式方法,當(dāng)尺寸縮小到22/20nm時(shí),傳統(tǒng)的光刻技術(shù)已無(wú)能為力,必須采用輔助的兩次圖形曝光技術(shù),然而這樣會(huì)增加掩模工藝次數(shù),從而導(dǎo)致成本增加和工藝循環(huán)周期的擴(kuò)大,這就造成了20/22nm無(wú)論從設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)成本上一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)很好的控制,其成本約為28nm工藝成本的1.5-2倍左右。因此,綜合技術(shù)和成本等各方面因素,28nm將成為未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間類(lèi)的關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)。
28nm制程工藝主要分為多晶硅柵+氮氧化硅絕緣層?xùn)艠O結(jié)構(gòu)工藝(Poly/SiON)和金屬柵極+高介電常數(shù)絕緣層(High-k)柵結(jié)構(gòu)工藝(HKMG工藝)。Poly/SiON工藝的特點(diǎn)是成本地,工藝簡(jiǎn)單,適合對(duì)性能要求不高的手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備。HKMG的優(yōu)點(diǎn)是大幅減小漏電流,降低晶體管的關(guān)鍵尺寸從而提升性能,但是工藝相對(duì)復(fù)雜,成本與Poly/SiON工藝相比較高。
截止2016年底,臺(tái)積電是目前全球28nm市場(chǎng)的最大企業(yè),產(chǎn)能達(dá)到155000片/月,占整個(gè)28nm代工市場(chǎng)產(chǎn)能的62%;三星,GlobalFoundry,聯(lián)電的產(chǎn)能分別達(dá)到了30000片/月,40000片/月和20000片/月。從供應(yīng)端來(lái)看,全球28nm的產(chǎn)能供給為25萬(wàn)片/月。
從需求端來(lái)看,隨著28nm工藝的成熟,市場(chǎng)需求呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。從2012年的91.3萬(wàn)片/年到2014年的294.5萬(wàn)片/年,年CAGR達(dá)79.6%,并且將延續(xù)到2017年。根據(jù)賽迪顧問(wèn)統(tǒng)計(jì),2012-2020年28nm市場(chǎng)需求如下。
28nm的市場(chǎng)需求仍然保持強(qiáng)勁,2017年的市場(chǎng)需求為38.6萬(wàn)片/月,而以臺(tái)積電,聯(lián)電等為首的供給端為25萬(wàn)片/月,有接近13.6萬(wàn)片/月的供給-需求錯(cuò)配,對(duì)于中芯國(guó)際等國(guó)內(nèi)制造商來(lái)說(shuō),潛在的市場(chǎng)空間很大。
從應(yīng)用端來(lái)看,28nm工藝目前主要應(yīng)用領(lǐng)域仍然為手機(jī)應(yīng)用處理器和基帶。2017年之后,28nm工藝雖然在手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用有所下降,但在其他多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用則迅速增加,目前能看到的應(yīng)用領(lǐng)域有OTT盒子和智能電視領(lǐng)域。在2019-2020年,混合信號(hào)產(chǎn)品和圖像傳感器芯片也將規(guī)模使用28nm工藝。
在28nm上,明年來(lái)看,市場(chǎng)需求和供給之間有13.6萬(wàn)片/月左右的錯(cuò)配,因此,這個(gè)gap中芯國(guó)際就有可能來(lái)填上。主要邏輯是臺(tái)積電、三星和GF都在比拼先進(jìn)制程,并沒(méi)有在28nm上擴(kuò)產(chǎn)的計(jì)劃。,市場(chǎng)需求轉(zhuǎn)好的時(shí)候,二線晶圓代工廠的產(chǎn)能利用率將隨著臺(tái)積電的產(chǎn)能滿(mǎn)載而持續(xù)走高,因此很多IC設(shè)計(jì)廠商開(kāi)始接觸中芯國(guó)際尋求調(diào)配產(chǎn)能分散風(fēng)險(xiǎn)。在28nm上,中芯國(guó)際主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為聯(lián)電。
一座晶圓廠的投資,必須達(dá)到4萬(wàn)片的產(chǎn)能,產(chǎn)能利用率75%,才能盈虧平衡。
中芯國(guó)際是中國(guó)大陸第一家提供28納米先進(jìn)工藝制程的純晶圓代工企業(yè)。中芯國(guó)際的28納米技術(shù)是業(yè)界主流技術(shù),包含傳統(tǒng)的多晶硅(PolySiON)和后閘極的高介電常數(shù)金屬閘極(HKMG)制程。中芯國(guó)際28納米技術(shù)于2013年第四季度推出,現(xiàn)已成功進(jìn)入多項(xiàng)目晶圓(MPW)階段,可依照客戶(hù)需求提供28納米PolySiON和HKMG制程服務(wù)。
來(lái)自中芯國(guó)際設(shè)計(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)以及多家第三方IP合作伙伴的100多項(xiàng)IP,可為全球集成電路(IC)設(shè)計(jì)商提供多種項(xiàng)目服務(wù),目前已有多家客戶(hù)對(duì)中芯國(guó)際28納米制程表示興趣。28納米工藝制程主要應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、電視、機(jī)頂盒和互聯(lián)網(wǎng)等移動(dòng)計(jì)算及消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域。中芯國(guó)際28納米技術(shù)可為客戶(hù)提供高性能應(yīng)用處理器、移動(dòng)基帶及無(wú)線互聯(lián)芯片制造。
我們?cè)谶@里要討論28nm給中芯國(guó)際帶來(lái)的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)彈性。我們認(rèn)為,28nm在市場(chǎng)需求和供給錯(cuò)配的情況下,將是未來(lái)中芯國(guó)際業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)彈性的主要推手。
目前中芯國(guó)際在28nm上的產(chǎn)能為1.7萬(wàn)片/月,其中北京廠產(chǎn)能為1萬(wàn)片/月,上海廠產(chǎn)能為7000片/月。在工藝技術(shù)方面,向客戶(hù)提供包括28nm多晶硅(PolySiON)和28nm高介電常數(shù)金屬閘極(HKMG)在內(nèi)的多項(xiàng)代工服務(wù)。主要客戶(hù)有高通等。
從營(yíng)收角度來(lái)看,2016年28nm工藝營(yíng)收占總體營(yíng)收的比重為1%左右,體量還非常小。
我們預(yù)計(jì)未來(lái)3年28nm產(chǎn)能的情況將實(shí)現(xiàn)快速的增長(zhǎng),從2016年的1.7萬(wàn)片/月,到2018年的6萬(wàn)片/月,CAGR為88%。以2018年的產(chǎn)能來(lái)計(jì)算,28nm全年?duì)I收為10.8億美元,預(yù)計(jì)將占到全年?duì)I收的30%。
布局新技術(shù),未來(lái)的成長(zhǎng)來(lái)源
現(xiàn)在的中芯國(guó)際也正在新技術(shù)上進(jìn)行研發(fā)。如啟動(dòng)14nm研發(fā),預(yù)計(jì)2018年投入風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn),突破國(guó)際技術(shù)封鎖,自力更生尋出路。
目前一代的FinFET工藝中,TSMC是16nm節(jié)點(diǎn),三星、Intel各自開(kāi)發(fā)了14nm FinFET工藝,GlobalFoundries則使用了三星的14nm工藝授權(quán)。由于受到出口限制,中國(guó)只能選擇自己開(kāi)發(fā),15年中比利時(shí)國(guó)王訪華時(shí),華為、高通、中芯國(guó)際及比利時(shí)微電子中心宣布合作開(kāi)發(fā)14nm工藝,中芯國(guó)際現(xiàn)在建設(shè)的12英寸晶圓廠就是為此準(zhǔn)備的,預(yù)計(jì)最早2018年投入風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)。
上海的12英寸晶圓廠不止會(huì)上14nm工藝,未來(lái)還會(huì)升級(jí)10nm以及7nm工藝。
2016年四季,公司宣布在上海開(kāi)工建設(shè)新的12英寸晶圓廠,投資超過(guò)675億人民幣,明年底正式建成,這座工廠將使用14nm工藝,這是中芯國(guó)際最先進(jìn)、同時(shí)也是國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的制造工藝。新的12吋生產(chǎn)線項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資超過(guò)100億美元,將通過(guò)合資方式建設(shè)未來(lái)每個(gè)月可容納7萬(wàn)片的產(chǎn)能規(guī)模。公司董事表示,在加速研發(fā)過(guò)程中,力爭(zhēng)在2018年底實(shí)現(xiàn)突破。
另外,45/40nm進(jìn)軍PRAM存儲(chǔ),蠶食三星份額。
中芯國(guó)際是中國(guó)大陸第一家提供40納米技術(shù)的晶圓廠。40納米標(biāo)準(zhǔn)邏輯制程提供低漏電(LL)器件平臺(tái),核心組件電壓1.1V,涵蓋三種不同閾值電壓,以及輸入/輸出組件 2.5V電壓(超載 3.3V, 低載1.8V)以滿(mǎn)足不同的設(shè)計(jì)要求。40納米邏輯制程結(jié)合了最先進(jìn)的浸入式光刻技術(shù),應(yīng)力技術(shù),超淺結(jié)技術(shù)以及超低介電常數(shù)介質(zhì)。此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能和低功耗的完美融合,適用于所有高性能和低功率的應(yīng)用,如手機(jī)基帶及應(yīng)用處理器,平板電腦多媒體應(yīng)用處理器,高清晰視頻處理器以及其它消費(fèi)和通信設(shè)備芯片。
攜手Crossbar,進(jìn)入PRAM存儲(chǔ)領(lǐng)域。公司與阻變式存儲(chǔ)器(RRAM)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者Crossbar,共同宣布雙方就非易失性RRAM開(kāi)發(fā)與制造達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議。作為雙方合作的一部分,中芯國(guó)際與Crossbar已簽訂一份代工協(xié)議,基于中芯國(guó)際40納米CMOS制造工藝,提供阻變式存儲(chǔ)器組件。這將幫助客戶(hù)將低延時(shí)、高性能和低功耗嵌入式RRAM存儲(chǔ)器組件整合入MCU及SoC等器件,以應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、平板電腦、消費(fèi)電子、工業(yè)及汽車(chē)電子市場(chǎng)需求。
價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)加劇和固定資產(chǎn)加速折舊,2017年?duì)I收占比預(yù)降1-2%。我們估計(jì)在2017/18年,45 / 40nm將占銷(xiāo)售額的24%/ 24%。由于價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈和固定資產(chǎn)的加速折舊,我們預(yù)計(jì)2017年45 / 40nm工藝將同比下降1-2個(gè)百分點(diǎn)。2017/18年 45 / 40nm產(chǎn)能的減少將轉(zhuǎn)化為28nm產(chǎn)能增加。
評(píng)論