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市場傳出，為降低成本，聯發科明年新芯片高階制程開發計畫有所變動，將暫緩7納米制程進度，最高階只到12納米，并以16納米為主。聯發科明年主力芯片訂價是否能優于對手高通，仍有待密切觀察。

聯發科一向不對產品進度與客戶事宜評論。據悉，聯發科明年第1 季將推2 款P 系列新芯片，代號為P40 與P60，采12 納米制程生產。就明年全年開案進度而言，聯發科新芯片都將集中在中低階芯片，高階芯片及采先進制程生產的產品，進度反而暫緩，其中，7 納米至目前為止都沒有任何新開案進度。

業界傳出，聯發科為節省先進制程高昂的光罩費用，明年新芯片都將以16 納米為主要投產制程，借此降低成本，擠出更多潛在獲利，也符合共同執行長蔡力行過去習換降低成本減少研發支出的作風。

據了解，聯發科內部定調，明年先進制程芯片，最高只用到臺積電12 納米制程，同時聯發科將持續分散晶圓代工來源，將部分芯片持續轉交聯電生產，以尋求較好的利潤空間。

業界解讀，這是蔡力行上任后，在樽節成本上的明顯作為，雖然蔡力行未大刀闊斧樽節人力成本支出，但在研發與新芯片開發進度上，明顯開始縮手。蔡力行先前股東會后也曾說過，不具優勢的產品就會減少投資，專注在有獲利空間的產品上，從到目前為止，聯發科未有任何7 納米制程產品就可窺知此策略方向。

聯發科日前發表P23 與P30 芯片，預計第4 季出貨，2 顆芯片都采用16 納米制程生產，由于臺積電代工價格仍比三星高，導致聯發科訂價空間遭勁敵高通擠壓。不過，相較之下，聯發科采16 納米制程生產芯片，良率較高，對整體獲利仍可望帶來助益。

至于明年第1 季上市的P40 與P70 芯片，聯發科都將采用12 納米生產，目標是要爭取OPPO R 系列新機訂單，搶攻明年中階市場。據悉， P40 芯片定價將落在15 至16 美元，對應到高通S640 芯片。市場人士指出，若明年P40 與P70 芯片銷售繳出佳績，聯發科12 納米生產的比重才會顯著增加。

為什么聯發科在7nm那么慎重

先進工藝制程成本的變化是一個有些爭議的問題。成本問題是一個復雜的問題，有許多因素會影響半導體制程成本。本文將討論關于半導體制程的種種因素以及預期。

影響半導體工藝制程成本的第一個因素是晶圓成本。

毫無疑問，晶圓成本在不斷上升。制程的金屬層數隨著工藝的演進不斷上升，在130nm時典型的制程有六層金屬，而到了5nm節點則預期至少會有14層金屬。

從90nm節點開始開始引入應力技術以繼續增強晶體管的性能，這也會增加制程的成本。從45nm到28nm節點，半導體制程引入了high－k柵技術以增強性能。

另一個變化是晶體管閾值電壓數目的變化。在130nm節點，晶體管只有兩種閾值（常規閾值RVT管與低閾值LVT管），而到了16nm之后，有了多達五種閾值（超高閾值UHVT，高閾值HVT，常規閾值RVT，低閾值LVT與超低閾值ULVT）。這是因為，從40nm到16/14nm FinFET，短溝道效應越來越明顯，為了控制漏電流必須引入多種閾值的器件。顯然，這也會增加掩膜成本。

在先進半導體制程中，還會引入新的技術，如在16/14nm節點引入的FinFET技術，在5nm引入的堆疊橫向納米線（stacked horizontal nanowire ）技術。

上圖顯示了不同工藝節點用到的技術，據此不同的工藝節點用到的掩膜層數如下圖所示：

從20nm節點開始，為了使用傳統光刻技術實現更小的特征尺寸，半導體制程引入了多重pattern技術。光刻機在28nm的時候只需要一次的光刻曝光就可以實現了。

但到了22nm/20nm，單次曝光有時候就不能給臨界層提供足夠的分辨率。芯片制造商就通過多重pattern的方式解決問題。這也就是增加了一個簡單的兩步流程。這當中的主要的挑戰就是刻這些細線圖案。

為了達到目標，芯片制造商只好使用雙重pattern技術。在這個步驟里會需要兩次光刻和刻蝕步驟去確定一個單層。使用這種雙重pattern技術，可以減小30%的pitch，而三重pattern則需要三次曝光，也就是需要三次刻蝕步驟。

除此之外，業界在10nm和7nm還會碰到其他問題。在45nm和40nm的時候，設計的時候需要用到40層光罩，而到了14nm和10nm，光罩的需求量則上升到60層。“如果沒有EUV，只是靠沉浸式去實現三倍甚至四倍pattern，那么我們認為在7nm的時候，光罩數量會上升到80到85層之間”。三星的晶圓制造資深主管Kelvin Low表示。

光罩層數的增加，也就代表著成本的水漲船高。同時覆蓋物也將會成為Fab的災難。覆蓋物需要把光罩層有秩序的精確地放置在彼此的身上。而隨著mask的增加，覆蓋層也就會成為噩夢。如果沒對齊，覆蓋層問題就夠你喝一壺了。

另外，現在做一層光罩需要1到1.5天，在7nm的時候使用多重pattern，那就需要差不多五個月的時間才能做好晶圓。這就意味著如果繼續使用多重pattern，會導致晶圓成本高到無法接受。

除了多重pattern之外，另一種新的光刻技術是EUV。然而，EUV的掩膜制造也十分困難。EUV掩膜在很多方面與傳統193nm光刻的掩膜不一樣。因為它有很大的改變，對于每個產品的特性或者功能，在供應鏈中會產生很大影響，其中包括光刻膠、掩膜及中間掩膜，也涉及制造設備，如采用電子束寫入設備以及軟件。

在5納米時，掩膜的寫入時間是最大的挑戰。因為今天的單電子束寫入設備在做復雜圖形時的出貨不夠快，費時太久。從己經出爐的報告來看，由于技術原因，設備的研發用了比預期長得多的時間。事實上，任何突破性的創新技術從研發到成功，再達到量產水平，都是如此。

另外，即使使用EUV，多重pattern也是必須的。只有在真正的關鍵層才需要采用EUV，而其他層仍然用多重pattern。可以說，在未來這樣的混合模式光刻是趨勢。

而且，當EUV延伸至7納米以下時，作為一種提高光刻機放大倍率的方法，需要大數值孔徑的鏡頭（NA），為此ASML已經開發了一種變形鏡頭。它的兩軸EUV鏡頭在掃描模式下能支持8倍放大，而在其他模式下也有4倍，因此NA要達0.5至0.6。

由此帶來的問題是EUV光刻機的吞吐量矛盾，它的曝光硅片僅為全場尺寸的一半，與今天EUV光刻機能進行全場尺寸的曝光不一樣。最新 EUV 機器的價格超過 1 億歐元，是現有常規 193nm 光刻機價格的二倍多。

特征尺寸縮小最大的動力就是大規模ASIC中數字門尺寸縮小，從而在相同的芯片面積上可以放下更多的性能更好的標準單元。最終ASIC的成本應當同時考慮晶圓的成本以及門單元的密度。

數字門單元的尺寸在橫向上決定于多晶硅以及多晶硅通孔的間距，而在縱向上則等于金屬間最小間距乘以track數目。Track數越小，門尺寸越小，但是布線也越困難。

晶圓成本，數字門密度與數字門成本如下圖左所示。在130nm到65nm之間，晶圓成本上升的速度較慢，此后在40nm到20nm之間，晶圓成本上升由于加入了更多閾值電壓的晶體管而加快上升。在20nm之后，晶圓成本上升速度再次加快，這次是因為多重pattern。

數字門密度如下圖中所示，密度以指數趨勢上升，該趨勢與摩爾定律相符。單位數字門成本如下圖右所示，可見從130nm到20nm節點之間單位門成本下降較快，但是20nm之后單位門成本下降速度減緩。

目前芯片設計都有嚴格的功耗指標。隨著門單元密度隨指數上升，單位面積的功率密度也隨指數上升，但是芯片散熱能力上升卻沒這么快。為了解決散熱問題，在芯片上出現了Dark Silicon，即芯片上部分晶體管在大多數時候是不上電的，僅僅在用到的時候才會啟動。

這些Dark Silicon面積包括各類加速器，舉例來說手機SoC里面的視頻編解碼模塊的電源在不播放視頻的時候是關掉的。這些Dark Silicon在大部分時間是不起作用的，從另一個角度說Dark Silicon也增加了芯片的成本。

在先進工藝設計成本可謂是一飛沖天。這就導致了在先進工藝下，芯片出貨量需要非常大才能抵消NRE成本。如今，越來越少的設計可以滿足如此大的出貨量，因此很多設計出于經濟上的考量不再使用最先進的工藝。

盡管先進工藝的晶圓成本不斷攀升，門單元的成本卻能夠保持下降。然而，過高的設計成本卻成了一個問題，只有出貨量非常大的芯片才有機會使用最新工藝

競爭對手7nm板上釘釘，高端市場無法競爭？

在聯發科做出這個決定的時候，其競爭對手則在如火如荼推進7nm新旗艦打造。

高通的下一代驍龍處理器是許多關心手機的廠商矚目的焦點，也接連陸續有一些爆料以及想像。只是，最新的一則消息來源則有點讓人意外，爆料者來自于高通自家，只是出處卻是來自于蘋果與高通的專利戰之上，有人發現高通提供的其中一則文件，披露了高通下一代旗艦級處理器驍龍845的存在。

隨著高通向美國國際貿易委員會（ITC）提起訴，要求禁止蘋果iPhone 輸美，高通在提出的一份文件中，所列出的相關專利的芯片組，也讓明年高階款旗艦處理器Snapdragon 845曝光。

根據目前的消息，高通下一代旗艦驍龍845會采用臺積電的7nm工藝制程，不過也不排除它會繼續采用三星的技術。架構上，驍龍845將繼續沿用自主的8核心設計，4核A75+4核A55，GPU則會升級到Andreno 630。

至于華為，同樣也披露了7nm的計劃。

有網友在微博上爆料稱，麒麟980處理器已經流片，雖然目前還沒有更多的信息，但有消息稱，可能采用7nm工藝和A75構架，至于供應鏈人士提到的圖形處理有驚喜，則可能與傳說中的華為自研GPU有關。

值得一提的是，消息人士還強調，首發麒麟980處理器的機型應該是P20，至于為什么不是P11，或許這是華為早就計劃好的，之前他們已經申請了華為P20的注冊商標。

不再滿目追擊領先，對聯發科來說，也許是一件好事。

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1387期內容，歡迎關注。

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