12月11日，華虹集團旗下的12英寸晶圓代工廠上海華力與聯(lián)發(fā)科共同宣布：基于上海華力28nm低功耗工藝平臺的一顆無線通訊數(shù)據(jù)處理芯片成功進入量產(chǎn)階段。

至此，除了中芯國際之外，又有一家大陸晶圓代工廠具備了28nm制程的量產(chǎn)能力。

隨著研發(fā)難度和生產(chǎn)工序的增加，IC制程演進的性價比提升趨于停滯，造成了“28nm長制程”的現(xiàn)象。20nm和16/14nm制程的成本一度高于28nm，這是摩爾定律運行60多年來首次遇到制程縮小但成本不降反升的問題。

由于性價比提升一直以來都被視為摩爾定律的核心意義，所以20nm以下制程的成本上升問題一度被認(rèn)為是摩爾定律開始失效的標(biāo)志，而28nm作為最具性價比的制程工藝則被認(rèn)為將長期活躍于市場。

圖：IBS認(rèn)為28nm制程市場占比將長期穩(wěn)定（來源：IBS）

成本優(yōu)勢

在設(shè)計成本不斷上升的情況下，只有少數(shù)客戶能負(fù)擔(dān)得起轉(zhuǎn)向高級節(jié)點的費用。據(jù)Gartner統(tǒng)計，16nm /14nm芯片的平均IC設(shè)計成本約為8000萬美元，而28nm體硅制程器件約為3000萬美元，設(shè)計7nm芯片則需要2.71億美元。IBS的數(shù)據(jù)顯示：28nm體硅器件的設(shè)計成本大致在5130萬美元左右，而7nm芯片需要2.98億美元。 對于多數(shù)客戶而言，轉(zhuǎn)向16nm/14nm的FinFET制程太昂貴了。

就單位芯片成本而言，28nm優(yōu)勢明顯，將保持較長生命周期。一方面，相較于40nm及更落后制程，28nm工藝在頻率調(diào)節(jié)、功耗控制、散熱管理和尺寸壓縮方面具有顯著的優(yōu)勢。另一方面，由于20nm及更先進制程采用FinFET技術(shù)，維持高參數(shù)良率以及低缺陷密度難度加大，每個邏輯閘的成本都要高于28nm制程。

28nm工藝處于32nm和22nm之間，業(yè)界在更早的45nm階段引入了high-k值絕緣層/金屬柵極（HKMG）工藝，在32nm處引入了第二代 high-k 絕緣層/金屬柵工藝，這些為28nm的逐步成熟打下了基礎(chǔ)。而在之后的先進工藝方面，從22nm開始采用FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）等?？梢姡?8nm正好處于制程過渡的關(guān)鍵點上，這也是其性價比高的一個重要原因所在。 

雖然高端市場會被 7nm、10nm以及14nm/16nm工藝占據(jù)，但40nm、28nm等并不會退出。 如28nm~16nm工藝現(xiàn)在仍然是臺積電的營收主力，中芯國際則在持續(xù)提高28nm良率。

2015~2016年，28nm工藝主要用于手機應(yīng)用處理器和基帶，同時，機頂盒和數(shù)字電視等市場需求不斷提升，預(yù)計2019~2020年，28nm工藝將滲透到混合信號產(chǎn)品和ISP芯片領(lǐng)域， 不斷涌現(xiàn)的新應(yīng)用將促使28nm制程保持較長的時間窗口。據(jù)IBS估算，2014年全球28nm晶圓需求量為291萬片，2018年將增至430萬片，預(yù)計2024年將緩減至351萬片。

群雄爭霸28nm

目前，行業(yè)內(nèi)的晶圓代工企業(yè)主要包括以下幾家：臺積電，GF（格芯），聯(lián)電（UMC），三星，中芯國際（SMIC），華虹，TowerJazz，力晶和世界先進等，另外，IDM大廠Intel和ST也會提供一些晶圓代工業(yè)務(wù)。

然而，在這些廠商中，TowerJazz，力晶和世界先進等代工廠主要面向8英寸晶圓的特種工藝，最高水平的制程也就是90nm，幾乎不涉及28nm制程業(yè)務(wù)（即使有，市占率也很少，不足3%）。下圖為世界先進的制程概況。

圖源：世界先進官網(wǎng)

此外，Intel的制造水平雖然很高，但其主要制造邏輯和存儲IC，工藝一般都很先進，所以涉及28nm制程有限。

因此，行業(yè)內(nèi)的28nm制程主要在臺積電，GF，聯(lián)電，三星和中芯國際這5家之間競爭，另外就是剛剛宣布量產(chǎn)聯(lián)發(fā)科28nm芯片的華虹旗下的華力微電子。

下面看一下各家導(dǎo)入28nm制程的時間點。

臺積電于2011年開始導(dǎo)入28nm制程量產(chǎn)，并在2012年攻克了28nm HKMG制程，三星則是在2012年實現(xiàn)了28nm的量產(chǎn)，并于2013年導(dǎo)入了 28nm HKMG，而GF和UMC稍晚一些，于2013年開始量產(chǎn)，中芯國際則是在2015年開始導(dǎo)入28nm制程量產(chǎn)的，并于今年8月宣布完成28nm HKMG的研發(fā)。

臺積電

臺積電的28nm制程在2011年投入量產(chǎn)后，營收占比只用了一年時間就從2%爬升到了22%，迅速擴張的先進產(chǎn)能幫助臺積電在每一個先進制程節(jié)點都能搶占客戶資源、擴大先發(fā)優(yōu)勢，并使其產(chǎn)能結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于同業(yè)競爭對手，用更高的產(chǎn)品附加值帶來了更高的毛利率。

28nm制程是臺積電的核心業(yè)務(wù)，制程良率在90%以上，28nm制程營收占其總營收的比例為：2016年時26%，2017和2018年都是23%，這個比例僅次于其同期16/20nm制程的28%，25%和25%，是該公司的第二大業(yè)務(wù)版塊。

中芯國際

作為中國大陸第一家制程工藝達到28納米，并且同時提供28納米PolySiON(多晶硅)、28納米HKMG工藝的晶圓代工企業(yè)，中芯國際在國內(nèi)有多個工廠，而其28納米制程產(chǎn)品主要在位于北京的兩座中芯北方工廠生產(chǎn)，分別是FAB B2和FAB B3，尤以FAB B3為主力產(chǎn)線。

該公司28nm制程的收入貢獻從2016年的1.6%增至2017年的8.0%，2018年Q3 略降至 7.1%，主要原因在于其28nm以較為低端的 PolySion 工藝為主，HKMG 產(chǎn)能及良率尚不高，同時，全球28nm產(chǎn)能目前處于過剩狀況。中芯國際28nm HKMG 的升級工藝 HKC+，對標(biāo)臺積電的28nm HPC+，該工藝可以顯著提升性能、降低功耗，有望開拓部分智能手機及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場。

中芯國際第二代HKMG，即HKC+預(yù)計于2019上半年量產(chǎn)，有望拉動28nm收入回升。此外，該公司的14nm FinFET已于近期開始導(dǎo)入客戶，預(yù)計2019下半年量產(chǎn)。

對于中芯國際來說，28nm屬于先進制程，表面上看其占比提升應(yīng)該會提高該公司晶圓的出廠均價。但實際情況確是晶圓的出廠均價從2016年末的743美元/片（8英寸約當(dāng)晶圓）逐季下跌至2017年末的700美元/片（8英寸約當(dāng)晶圓），全年跌幅達 5.8%。

在中芯國際的 4Q17 電話會議上，CEO趙海軍表示：競爭對手的28nm已經(jīng)是成熟制程，可以憑借折舊周期以及良率優(yōu)勢進行高強度的價格競爭。目前28nm產(chǎn)品的價格對中芯國際的壓力非常大，導(dǎo)致這部分產(chǎn)品的產(chǎn)能爬坡過程給總體毛利率帶來很大挑戰(zhàn)，公司目前對于 28nm的擴產(chǎn)事宜采取謹(jǐn)慎態(tài)度。

聯(lián)電

對于重點發(fā)展特殊工藝的聯(lián)電來說，28nm是其重點業(yè)務(wù)版塊，為此，該公司還放棄了14nm以下先進制程的研發(fā)工作。

對于目前市場上28nm產(chǎn)能有些過剩，使得各代工廠在這個節(jié)點上面臨的挑戰(zhàn)逐年增加這一問題，聯(lián)電總經(jīng)理簡山杰先生表示：“我們的28nm poly產(chǎn)能是滿載的，而28nm HKMG還有些空余。過去，28nm HKMG主要用于手機的基帶和AP芯片制造，而隨著先進制程的逐步成熟，如14nm、10nm，以及最新的7nm工藝，手機處理器都在向這些制程上轉(zhuǎn)，這就導(dǎo)致28nm HKMG產(chǎn)能利用率下降。一種解決方法就是將更多中小客戶的需要引入到28nm HKMG上來，當(dāng)然，這需要一定的時間積累。這方面，UMC目前都20多產(chǎn)品在這條線上，而且量在穩(wěn)步增加，”

據(jù)悉，UMC的28nm HPC+工藝已經(jīng)就緒，這樣，新的客戶會不斷補充進來，以提升產(chǎn)能利用率。

另外，在特殊工藝方面，LCD Driver IC、OLED Driver IC量很大，多數(shù)采用的是80nm、40nm工藝，在此基礎(chǔ)上，UMC準(zhǔn)備將這些IC制造導(dǎo)入到28nm上來。另外，在MCU的特殊工藝方面，UMC也在持續(xù)發(fā)展，總的來說，就是希望28nm產(chǎn)線的內(nèi)容更加多樣化，產(chǎn)能利用率更高。

近期，某歐系外資機構(gòu)在聯(lián)電最近的財報會后發(fā)布了研究報告，指出聯(lián)電財報顯示其第四季業(yè)績展望遜于預(yù)期，28nm因市場新產(chǎn)能開出，會使明年出現(xiàn)供過于求的態(tài)勢，聯(lián)電營運的壓力正在加大。

報告進一步指出，預(yù)期聯(lián)電與其他晶圓代工廠將在2019年面臨產(chǎn)能利用率和利潤率下行的壓力，這主要源于缺乏在先進制程上的突破點、消費類/汽車/PC等需求放緩，以及加密貨幣ASIC客戶從28/14nm轉(zhuǎn)向臺積電7nm制程等挑戰(zhàn)。

SOI的崛起

近幾年，SOI工藝快速崛起，這在很大程度上得益于格芯（GF）的大力推動。

業(yè)內(nèi)關(guān)于FD-SOI與FinFET工藝的優(yōu)劣歷來各執(zhí)一詞，盡管或許FinFET目前在高密集運算（能耗大，比較熱）占據(jù)上風(fēng)，但FD-SOI卻在低功耗，防輻射，低軟錯誤率，耐高溫和EMC，和車載可靠性方面有著無可比擬的優(yōu)勢。目前采用FinFET工藝的主要有英特爾、臺積電、中芯國際、聯(lián)電等，而IBM、意法半導(dǎo)體、三星、高塔半導(dǎo)體、格芯等卻是FD-SOI工藝的忠實擁躉。

業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，對于SOI工藝來說，28nm制程更具優(yōu)勢，可以撐很久，而且當(dāng)工藝再往前演進時，SOI會越來越有優(yōu)勢。28nm算是一個分界點。到了這個節(jié)點，工藝可以很輕松的轉(zhuǎn)換到SOI，而且目前有越來越多的EDA工具支持這種轉(zhuǎn)變。

在制程方面，Globalfoundries采取雙路線圖方案，即SOI與FinFET，但該公司更看重特種工藝的研發(fā)工作，為此，它們于今年夏天宣布放棄12nm以下先進制程的研發(fā)工作。

在FD SOI方面，該公司在與三星的28nm FD SOI工藝進行競爭，而后者今年推出了新的18nm FD SOI。對此，Globalfoundries表示，我們很高興看到三星也參與其中，這有助于讓更多的人進入該市場。

三星是FD-SOI的重要推動力量。由于摩爾定律發(fā)展到28nm工藝節(jié)點的時候，出現(xiàn)了不同以往的情況，即從28nm開始，再向更高節(jié)點發(fā)展，如20、16、14、10、7nm等，集成電路中每個晶體管的成本不再下降，而是上升。

三星認(rèn)為28nm工藝更適合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在成本、功耗和性能方面的要求，特別是MCU和傳感器產(chǎn)品。因此，三星LSI推出了“28FDS”技術(shù)和產(chǎn)品，并于2016年開始量產(chǎn)。

三星Foundry業(yè)務(wù)部門的發(fā)展路徑主要分為兩條，從28nm節(jié)點開始，一條是按照摩爾定律繼續(xù)向下發(fā)展，不斷提升FinFET的工藝節(jié)點，從14nm到目前的7nm，進而轉(zhuǎn)向下一步的5nm和3nm.

另一條線路就是FD-SOI工藝，該公司還利用其在存儲器制造方面的技術(shù)和規(guī)模優(yōu)勢，著力打造eMRAM，以滿足未來市場的需求。

實際上，三星在MRAM研發(fā)方面算是起步較早的廠商，2002年就開始了這項工作，并于2005年開始進行STT-MRAM的研發(fā)，之后不斷演進，到了2014年，生產(chǎn)出了8Mb的eMRAM。

三星28FDSOI嵌入式NVM分兩個階段。 第一個是2017年底之前的電子貨幣風(fēng)險生產(chǎn)，第二個是2018年底之前的eMRAM風(fēng)險生產(chǎn)。

然而，提供28nm嵌入式非易失性存儲器具有挑戰(zhàn)性。普遍的觀點認(rèn)為，將閃存轉(zhuǎn)換為28nm是不現(xiàn)實的，MRAM，相變存儲器（PCM）和電阻性RAM（ReRAM）等其他選項缺乏工程成熟度。

而eFlash的問題包括28nm的耐用性和功耗方面的困難。

三星于2017年研制出了業(yè)界第一款采用28FDS工藝的eMRAM測試芯片。

另外，據(jù)三星Foundry業(yè)務(wù)總經(jīng)理ES Jung介紹，該公司已經(jīng)不像2016年那樣，只是固守在28FDS，而是開始向18FDS（18nm的FD-SOI）進發(fā)?？磥恚菍OI的樂觀程度有增無減，估計很快會看到更新的SOI產(chǎn)品推出。

Globalfoundries一直關(guān)注嵌入式MRAM，但其他公司正在提供替代品，例如，三星在其28nm FDSOI上提供嵌入式MRAM和閃存選項，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）已選擇28nm FDSOI上的相變存儲器（PCM），并實現(xiàn)了汽車應(yīng)用的高端微控制器出樣。

還能興盛多久？

28nm雖然是個很不錯的高性價比制程，但各代工企業(yè)在該節(jié)點處的競爭愈發(fā)激烈，除了臺積電、聯(lián)電、、三星、格芯及中芯國際之外，眼下華虹也加入了戰(zhàn)團。

由于臺積電技術(shù)突破最早，目前憑借較小的折舊壓力打低價戰(zhàn)來獲得更多的市場份額，加上整個制程擴產(chǎn)相對激進，供大于求，給其它幾家廠商的毛利率帶來很大壓力。

對于這樣的市況，國泰君安證券分析師王聰認(rèn)為：先進制程的性能和功耗逐代優(yōu)化幅度并未減小，客戶依然愿意支付更高價格來使用最新制程工藝生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。對先進制程最敏感的當(dāng)屬手機處理器領(lǐng)域，蘋果、高通、三星、華為海思、聯(lián)發(fā)科等SoC大廠之間在性能上的競爭非常激烈，一旦落后一代就會產(chǎn)生20%~40%的綜合性能差距，這在更迭迅速的消費電子市場是不可接受的。因此，手機處理器廠商都是頂尖制程的忠實客戶，不惜花費重金爭奪最先進制程的產(chǎn)能。

客戶對于先進產(chǎn)能的旺盛需求在最新制程的產(chǎn)能爬坡速度上有很直觀的體現(xiàn)。以第一梯隊的臺積電為例，雖然每一代制程的推出間隔正在逐步放緩，例如：45nm到28nm之間相隔9個季度，28nm到16/20nm之間相隔11個季度，16/20nm到10nm之間相隔12個季度，但從65nm以后的歷次新制程產(chǎn)能爬坡情況來看，新制程量產(chǎn)后的擴產(chǎn)和替代速度正在迅速加快：40/45nm制程的產(chǎn)能占比從0提升到20%耗時9個季度，28nm制程耗時7個季度， 16/20nm制程耗時5個季度，而10nm制程只耗時3個季度。

那么在自身產(chǎn)能過剩，以及先進制程量產(chǎn)速度不斷加快的雙重壓力下，28nm制程在未來幾年的市況和命運走向如何呢？拭目以待吧。