14nm 制程的「卡脖子」效应

杨掌柜

在技术迭代速度方面，半导体制程工艺步入 14/16nm 节点之后，需要采用 FinFET 工艺来抑制晶体管漏电和可控度降低的问题，由此导致技术开发难度和资本投入都大幅度增加，因此，这一门槛也被视为先进制程技术的准入标准。
14nm 制程主要用于中高端 AP/SoC、GPU、矿机 ASIC、FPGA、汽车芯片等，对于各厂商而言，该制程也是收入的重要来源。
目前，具备 14nm FinFET 制程量产能力的晶圆厂主要有以下几家：台积电、三星、英特尔、格芯（GlobalFoundries）、联电和中芯国际。而这些厂商都曾经被 14nm 制程「卡脖子」：台积电被三星「卡」了一下，量产时间落后于对方；格芯和联电的 FinFET 工艺都止步于 14nm；英特尔则多年依靠 14nm 打天下，等待 10nm 制程量产；中芯国际的情况大家都懂。

三星阻击台积电

三星与台积电的全面竞争要追溯到早些年 14nm 制程的量产。
三星于 2015 年宣布正式量产 14nm FinFET 制程，先后为苹果和高通代工过高端手机处理器。
2015~2016 年，随着 14nm 制程的逐步成熟，三星从台积电那里夺得了不少大客户订单，收入颇丰。彼时的智能手机市场处于平台期（开始出现衰退，但对相关产业链的影响有滞后效应），对于相关芯片的需求量还是比较旺盛。这两方面因素，使得三星晶圆代工业务在 2016 年出现了大幅度增长。
稍微落后于三星，台积电于 2015 下半年量产 16nm FinFET 制程。与三星和英特尔相比，尽管它们的节点命名有所不同，三星和英特尔是 14nm，台积电是 16nm，但在实际制程工艺水平上处于同一世代。台积电的 16nm 有多个版本，包括 16nm FinFET、16nm FinFET Plus 技术（16FF +）和 16nm FinFET Compact 技术（16FFC）。
量产后，台积电 16nm FinFET 制程逐步追赶并超过当时在 14nm 工艺技术最强的英特尔。
而到了 2017 年，随着台积电 16nm 制程的进一步成熟，三星部分大订单又被台积电抢了回去；此外，全球智能手机市场全面衰退，其负面效应也开始显现，对相关先进制程芯片的需求大减。这两个因素导致三星晶圆代工业务在 2017 年销售额同比增幅（4%）大幅下降。
特色工艺双雄止步 14nm FinFET

与台积电和三星你追我赶地追求先进制程工艺领先地位不同，格芯和联电不约而同地将发展策略放在了特色工艺上，同时放弃了 10nm 及更先进制程的研发，在 FinFET 工艺方面，这两家在 14nm 处达到了顶峰。
在全球五大晶圆代工厂商中，格芯的历史最短（成立于 2009 年），是脱胎于传统的 IDM 公司 AMD，在经过了一系列的分拆、整合、并购和更名以后，形成了今天的格芯。
虽然有中东母公司的巨额投入，但格芯的盈利能力一直难以令人满意。2018 年，该公司正式对外宣布，放弃 10nm 及更先进制程技术的研发，将精力放在特色工艺技术研发，特别是 SOI 工艺技术上来。之后，该公司先后出售了几项业务，以将资源集中于核心业务。
格芯制定了两条工艺路线图：一是 FinFET，这方面，该公司有 14LPP 和新的 12LPP；二是 FD-SOI。格芯的 14nm 制程产线位于美国纽约州马耳他，这里除了 14nm，还有 28nm 的。主要用于代工高端处理器。目前来看，14nm 产能占其总营收的比例较小。
联电与格芯的策略非常相似，也于 2018 年宣布不再投入 14nm FinFET 以下先进制程技术的研发，将主要精力放在特色工艺技术和优化客户服务水平上。这样做，可以避开与台积电硬碰硬式的竞争，提升资金利用效率。
联电的 14nm FinFET 制程于 2017 年初开始量产，该公司还开发了第二套 14nm 平台，但是，在继续投资 14nm 制程方面，该公司持保守态度，因此，联电的 14nm 制程营收占比只有 3% 左右，并不是其主力产线。
英特尔的苦恼

自 2015 年正式推出 14nm 制程后，英特尔对其依赖了 4 年的时间，该制程也为这家半导体巨头带来了非常可观的收入。从 Skylake（14nm）、Kaby Lake（14nm+）、Coffee Lake（14nm++），到 2018 年推出的 14nm+++，该公司一直在保持对 14nm 制程的更新。而英特尔原计划在 2016 年推出 10nm，但经历了多次延迟，2019 年才姗姗来迟，从这里也可以看出该公司对 14nm 制程的倚重程度。
在依靠 14nm 制程打天下的那个时段，产能不足是令英特尔最为头疼的问题，不仅给该公司，还给其主要客户，如戴尔、惠普和联想等带来了不少麻烦，2019 年，因为英特尔迟迟不能交货，使得戴尔等 PC 厂商不得不改变事先制定好的产品上市策略和节奏。这对双方都是件尴尬的事。
14nm 产能不足的问题不仅仅出现在 2019 年，在更早的时间就有苗头，只是问题在 2018 和 2019 年较为集中地爆发出来。之所以如此，一方面是因为英特尔对先进制程工艺的要求较为严苛，对「摩尔定律」高度摩拜，几乎是一丝不苟地按照每 18~24 个月，将 CPU 的晶体管数量和性能提升一倍的规律进行，在很长一段时期内是不打折扣的，这种策略与晶圆代工厂还是有区别的。毕竟彼时的英特尔是传统的 IDM 模式，芯片的生产制造是一个完全面向内部的闭环系统，不需要面对各种各样的 Fabless 客户需求压力。
另外，在坚定不移地遵循「摩尔定律」的情况下，英特尔对先进制程（10nm 及 7nm）的研发困难程度预估不足，导致 10nm 制程经过 5 年多的攻关才进入初步量产阶段。这也是导致其 14nm 产能不足的一个重要原因，因为该公司在 10nm 上投入了大量资源，本来认为会按照事先制定的时间表量产，但事与愿违，量产时间一拖再拖，这打乱了该公司先进制程发展节奏，从而对 14nm 的推进产生了影响。因此，2018 和 2019 年不断传出其 14nm 制程 CPU 要找外部晶圆代工厂代工生产的消息。
到了 2019 年 11 月，外媒称，英特尔将部分 CPU 的生产订单外包给了三星，这在很大程度上缓解了其 14nm 产能不足的问题。
中国大陆 14nm 制程一路坎坷

相对于美、韩和中国台湾地区，中国大陆在 14nm 制程方面是绝对的跟随者，中芯国际经过多年的研发努力，取得了突破。
2019 年初，中芯国际 14nm FinFET 进入客户验证阶段，2019 年第二季度在上海工厂投入新设备，下半年进入量产阶段。
2019 年 2 月，中芯国际联席首席执行官梁孟松指出：「我们努力建立先进工艺全方位的解决方案，特别专注在 FinFET 技术的基础打造，平台的开展，以及客户关系的搭建。目前，中芯国际 14nm 技术进入客户验证阶段，产品可靠度与良率已进一步提升。同时，12nm 的工艺开发也取得突破。」
据悉，中芯国际 14nm 制程量产主要分三个阶段：第一阶段是成本>ASP，第二阶段成本与 ASP 相抵，第三阶段成本<ASP。这三个阶段需要控制产能逐步爬升，产品品类也需要慎重选择。第一阶段主要聚焦高端客户、多媒体应用等，第二阶段聚焦中低端移动应用，并且在 AI、矿机、区块链等应用有所准备。第三阶段为实现高 ASP，会发展射频应用。
在 2020 年 11 月召开的第三财季说明会上，谈到先进制程进展时，中芯国际表示：14nm 良率已达业界量产水准，公司将持续提升产品和服务竞争力，引入更多国内外客户。第二代先进工艺技术「N+1」稳步推进，正在做客户产品验证，已进行小量试产阶段，产品应用主要为高性能运算，相对第一代，第二代技术平台以低成本、客制化为导向，第二代相较 14nm 性能提升 20%，功率减少 57%，逻辑面积减少 63%，集成系统面积减少 55%。公司正在与海内外客户合作 10 多个先进工艺流片项目，包含 14nm 及更先进工艺技术。
产能计划方面，中芯国际一直秉持谨慎规划原则，以市场和客户需求为导向，统筹计划与布建，先进制程产能规模相对较小。
而在中国大陆，无论是从芯片的量，还是对先进制程的渴求程度，华为海思无疑是排在首位的，这也与中芯国际 14nm 制程量产第一阶段的目标非常吻合。由于受到美国贸易限制，海思来自于台积电 16nm 制程芯片的代工产能难以保证，导入中芯国际是必然选择。
在实现 14nm 制程量产后，由于美国加紧了对中国大陆晶圆厂购买美日欧先进半导体设备的限制，使得中芯国际无法得到 EUV 光刻机，因此，发展到 14nm 后，要想在更先进制程量产方面更进一步，非常困难。
结语

目前，先进制程已经发展到了 3nm，三星和台积电分别于 2022 上半年和下半年宣布量产。相对而言，14nm 制程已经很难被称为先进制程，其在前文提到的各大晶圆厂营收中的占比也在逐年下降。
虽然不像成熟制程（28nm 及以上）那样具有广阔且稳定的市场，也不像最先进制程（7nm 及以下）那么吸引眼球，但 14nm 依然是不可或缺的，它似乎是一个沙漏的中间部分，虽然很细，不像两头（成熟制程和最先进制程）那么显眼，却是必不可少的，没有它，整个沙漏将无法工作。
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