晶体管的功率降低芯片总功耗
发布时间:2020/8/1 15:34:24 访问次数:778
RT314012芯片的整个流程之中,设计、制造、封测是三块分得较开的业务,绝大部分企业均只从事于其中某一项,很少有企业能够全程参与。而在这三个环节之中,制造是公认最难的,封测是最容易的,而芯片设计处于中间。所以对于中国大陆来讲,芯片制造也是相对较为落后的,相比于国际顶尖水平,落后了大约5年左右。前十名分别是:台积电、三星、格芯、联电、中芯国际、高塔半导体、力积电、世界先进、华虹半导体、东部高科。
中芯国际此次募资额将达462.98亿元,该规模将创造科创板募资最高纪录,在A股IPO历史融资额中也可排至第7位,位居工商银行之后,中国平安之前。
但就是这样一家专注于芯片制造的企业,其目前的技术水平也就是量产14nm芯片,与顶尖的芯片制造企业差距甚大。
全球主要芯片代工厂工艺水平
其实放眼全球,整个芯片制造行业,目前能提供7nm及以下先进制程工艺的企业仅有台积电、三星和英特尔。根据研究数据显示,三星和英特尔平分剩下的市场。
集成电路制造技术推向了媒体的聚光灯下,铺天盖地的报道成为众所关注的焦点 —— 那么5nm/7nm/10nm/12nm这些工艺技术节点到底意味着什么?这些数字代表着处理器中晶体管的大小(晶体管是CPU和数字电路的构建模块),当缩小晶体管的尺寸时导致了两个主要的改进:
性能:随着晶体管尺寸的减小,可以在相同的单位面积内容纳更多的晶体管。因此,可以从相同大小的处理器获得更高的处理能力。
功率效率(功耗):较小的晶体管需要较少的功率就可以发挥其功能,这就降低了芯片的总功耗。较低的功率还可以产生较少的热量,从而能够进一步提高时钟速度。
技术差距:台积电5nm今年中已进入量产,3nm则将在2021年进入风险生产,初期3nm依然采用FinFET工艺, 成熟后在3nm后期或2nm转向GAA晶体管技术。
中芯国际14nm去年第三季度量产,标志着FinFET结构的突破,N+1(8nm)进入客户签约阶段,预计2020年底至2021年初量产,N+2(7nm)正在研发中,已建设起相关研发线。
盈利能力:台积电利润远高于其他竞争对手,2019年实现净利润115亿美元,净利率32%,净资产收益率为21%,毛利率长期维持在47%-50%,经营性净现金流205亿美金,主要原因在于独享先进工艺节点丰厚利润,此外,台积电工艺库全、配合开发周期短、工艺稳定性相对更高。
净利润率5.1%,净资产收益率为4.14%,毛利率为7.89%,技术差距决定利润悬殊,并且中芯在入局先进制程工艺的前期,面临较大的亏损压力,这些因素制约了中芯的盈利能力,但是对处于上升期的中芯来说,技术突破远比盈利更为重要。
主要客户:台积电由于先进工艺领先,大客户不断延展,头部核心客户稳定,苹果、华为、高通、英伟达、AMD等世界级芯片设计企业都是台积电的大客户,核心客户带动台积电最近十年市占率稳步攀升。
中芯方面,受益于华为的主动转单成为中芯第一大客户,高通和博通位列二三名,中芯国际的主要客户是国内芯片设计企业,比如兆易创新、紫光展锐、中兴微电子等等,尚未打入国际高端市场。
中芯国际与台积电之间的差距,一时之间难以跨越。同时,通过今年第一季度全球前十大晶圆代工厂营收排名中,也能够看出中心国际与其他厂商的差距。
先进工艺的掌握,决定着代工厂商订单量的多少。此前华为海思向中芯国际抛出过订单,麒麟710F便是由其代工生产,但中芯国际一整年的利润仍只能够买一台EUV光刻机。
一年的利润比华为还要高出约200亿元,这是台积电作为全球第一大晶圆体代工厂的底气所在,由于掌握着先进的技术和来自供应链的支持,所以台积电能够稳稳地坐在第一的位置。
没有EUV光刻机,中芯国际只得另寻思路,这才有了N+1工艺。如今,中芯国际正在努力实现N+1工艺量产,据悉该工艺与7nm工艺不相上下。中芯国际所代工的智能手机芯片,应该基本能满足大众的需要。
不中芯国际想要再进一步实现5nm工艺,EUV光刻机的作用则至关重要,可以说是不可或缺,如果没有EUV光刻机中芯国际的前路可能将十分艰辛。
那就是不用美国的设备和美国的技术,但从现在的情况来看是非常难的。从半导体设备来看,美国厂商占了全球50%左右的份额,尤其是在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影这些领域,美国的应用材料、泛林处于绝对的优势地位,无法被取代。而中芯国际也从应用材料、泛林大量采购了设备。而从其它技术来看,中芯国际也大量使用了美国EDA巨头的产品,而国产EDA也无法替代。
要想芯片真正的不受控,唯有一个办法,那就是全面的去美化,从上游到下游,要实现整个产业链去美化,虽然这个难度大到无法想象,但被逼之下这条路也不得不走了。
不管是芯片设计还是芯片制造,都属于高投入、高产出的技术研发,这种投入可能周期长、见效慢,但是如果不去做就会处于落后状态,无法第一时间掌握最新的前沿技术,竞争力自然也就无从谈起。国内芯片制造难题的解决,需要的不仅仅是资金,更需要的是时间,台积电数20年的经验绝非朝夕之间就能够追平的。
中芯国际要发展成为世界级晶圆代工厂,后面还有很长很长的路要走,认识客观差距,不妄自菲薄,继续坚持走自主+合作研发的道路,5-10年之后,相信会迎来国产晶圆代工追赶并超越国际大厂的一天。
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RT314012芯片的整个流程之中,设计、制造、封测是三块分得较开的业务,绝大部分企业均只从事于其中某一项,很少有企业能够全程参与。而在这三个环节之中,制造是公认最难的,封测是最容易的,而芯片设计处于中间。所以对于中国大陆来讲,芯片制造也是相对较为落后的,相比于国际顶尖水平,落后了大约5年左右。前十名分别是:台积电、三星、格芯、联电、中芯国际、高塔半导体、力积电、世界先进、华虹半导体、东部高科。
中芯国际此次募资额将达462.98亿元,该规模将创造科创板募资最高纪录,在A股IPO历史融资额中也可排至第7位,位居工商银行之后,中国平安之前。
但就是这样一家专注于芯片制造的企业,其目前的技术水平也就是量产14nm芯片,与顶尖的芯片制造企业差距甚大。
全球主要芯片代工厂工艺水平
其实放眼全球,整个芯片制造行业,目前能提供7nm及以下先进制程工艺的企业仅有台积电、三星和英特尔。根据研究数据显示,三星和英特尔平分剩下的市场。
集成电路制造技术推向了媒体的聚光灯下,铺天盖地的报道成为众所关注的焦点 —— 那么5nm/7nm/10nm/12nm这些工艺技术节点到底意味着什么?这些数字代表着处理器中晶体管的大小(晶体管是CPU和数字电路的构建模块),当缩小晶体管的尺寸时导致了两个主要的改进:
性能:随着晶体管尺寸的减小,可以在相同的单位面积内容纳更多的晶体管。因此,可以从相同大小的处理器获得更高的处理能力。
功率效率(功耗):较小的晶体管需要较少的功率就可以发挥其功能,这就降低了芯片的总功耗。较低的功率还可以产生较少的热量,从而能够进一步提高时钟速度。
技术差距:台积电5nm今年中已进入量产,3nm则将在2021年进入风险生产,初期3nm依然采用FinFET工艺, 成熟后在3nm后期或2nm转向GAA晶体管技术。
中芯国际14nm去年第三季度量产,标志着FinFET结构的突破,N+1(8nm)进入客户签约阶段,预计2020年底至2021年初量产,N+2(7nm)正在研发中,已建设起相关研发线。
盈利能力:台积电利润远高于其他竞争对手,2019年实现净利润115亿美元,净利率32%,净资产收益率为21%,毛利率长期维持在47%-50%,经营性净现金流205亿美金,主要原因在于独享先进工艺节点丰厚利润,此外,台积电工艺库全、配合开发周期短、工艺稳定性相对更高。
净利润率5.1%,净资产收益率为4.14%,毛利率为7.89%,技术差距决定利润悬殊,并且中芯在入局先进制程工艺的前期,面临较大的亏损压力,这些因素制约了中芯的盈利能力,但是对处于上升期的中芯来说,技术突破远比盈利更为重要。
主要客户:台积电由于先进工艺领先,大客户不断延展,头部核心客户稳定,苹果、华为、高通、英伟达、AMD等世界级芯片设计企业都是台积电的大客户,核心客户带动台积电最近十年市占率稳步攀升。
中芯方面,受益于华为的主动转单成为中芯第一大客户,高通和博通位列二三名,中芯国际的主要客户是国内芯片设计企业,比如兆易创新、紫光展锐、中兴微电子等等,尚未打入国际高端市场。
中芯国际与台积电之间的差距,一时之间难以跨越。同时,通过今年第一季度全球前十大晶圆代工厂营收排名中,也能够看出中心国际与其他厂商的差距。
先进工艺的掌握,决定着代工厂商订单量的多少。此前华为海思向中芯国际抛出过订单,麒麟710F便是由其代工生产,但中芯国际一整年的利润仍只能够买一台EUV光刻机。
一年的利润比华为还要高出约200亿元,这是台积电作为全球第一大晶圆体代工厂的底气所在,由于掌握着先进的技术和来自供应链的支持,所以台积电能够稳稳地坐在第一的位置。
没有EUV光刻机,中芯国际只得另寻思路,这才有了N+1工艺。如今,中芯国际正在努力实现N+1工艺量产,据悉该工艺与7nm工艺不相上下。中芯国际所代工的智能手机芯片,应该基本能满足大众的需要。
不中芯国际想要再进一步实现5nm工艺,EUV光刻机的作用则至关重要,可以说是不可或缺,如果没有EUV光刻机中芯国际的前路可能将十分艰辛。
那就是不用美国的设备和美国的技术,但从现在的情况来看是非常难的。从半导体设备来看,美国厂商占了全球50%左右的份额,尤其是在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影这些领域,美国的应用材料、泛林处于绝对的优势地位,无法被取代。而中芯国际也从应用材料、泛林大量采购了设备。而从其它技术来看,中芯国际也大量使用了美国EDA巨头的产品,而国产EDA也无法替代。
要想芯片真正的不受控,唯有一个办法,那就是全面的去美化,从上游到下游,要实现整个产业链去美化,虽然这个难度大到无法想象,但被逼之下这条路也不得不走了。
不管是芯片设计还是芯片制造,都属于高投入、高产出的技术研发,这种投入可能周期长、见效慢,但是如果不去做就会处于落后状态,无法第一时间掌握最新的前沿技术,竞争力自然也就无从谈起。国内芯片制造难题的解决,需要的不仅仅是资金,更需要的是时间,台积电数20年的经验绝非朝夕之间就能够追平的。
中芯国际要发展成为世界级晶圆代工厂,后面还有很长很长的路要走,认识客观差距,不妄自菲薄,继续坚持走自主+合作研发的道路,5-10年之后,相信会迎来国产晶圆代工追赶并超越国际大厂的一天。
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