14nm将在明年实现全面量产：院士发声、半导体三大趋势生变

点击：作者：记者来源：今日头条发布时间:2021-08-14 10:22:53

近期，某国产芯片制造厂表示，明年有望实现关键技术突破，具备14nm量产的能力，相比之下，此前的14nm产线多为本土量产能力与海外技术设备的结合，而这一次，中国将有机会突破全产线、全供应链的国产化。

中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明

中国工程院院士吴汉明指出，后摩尔时代，产业技术发展趋缓，但另一方面，对于中国，创新的空间和追赶机会正在增加。最近国内的企业在装备上投入了不少资源，使得我们的装备也有一些开始进入大生产线的能力，像包括刻蚀、CVD、热处理、CMP、清洗机等等，开始进入芯片制造大生产线。

这意味着中国国产芯片发展迎来黄金时期。过去已经有本土制造企业实现了14nm芯片的量产，在国际贸易多变的当下，如果这一次能实现完全的自主可控，对中国半导体产业的意义是非常大的。

以28nm为分界线，芯片制造分为先进和成熟两种工艺，制程越小，意味着单颗芯片所集成的晶体管数量越多，工艺也越先进。14nm属于先进工艺芯片，但相比于半导体竞争的焦点——3nm、5nm来说，它仍然是一种成熟的技术。

当下，越来越多的业内人发现，一些相对成熟的芯片正成为产业需求的焦点，在物联网兴起、半导体产业转移、摩尔定律趋缓的背景之下，这一次14nm芯片若能自主量产，它的产业意义，远大于学术、技术意义。

14nm芯片国产化必要且紧迫

从应用上看，14nm芯片主要用于高端消费电子产品、人工智能芯片、应用处理器、车载电子等，这类芯片正在电子领域大量流通。国际上，2015年格罗方德公司在实现14nm的量产，2017年联华电子实现量产。本土企业也具备一定量产能力，2019年，国产代工厂中芯国际实现14nm芯片的量产。

吴汉明认为，当前芯片制造工艺面临三大挑战，第一，图形转移的挑战，当下主要先进工艺都是用波长193nm的光源，曝光出20nm-30nm的图形，现在集成电路的光刻工程师却能用波长193nm的光源曝光出数十纳米的图形，突破了光学的限制。

第二，新材料的挑战。芯片的性能提升主要依赖新材料和新工艺。至今，大约有铜、锗等64种材料陆续进入芯片制造，每一种材料都需要数千次工艺实验。

第三，提升良率的挑战，吴汉明指出，这也是所有芯片制造企业的终极挑战，只有量产且通过一定良率的工艺才能被称为成熟的成套工艺。

目前集成电路产业链的总体分为四大块：设计、IP和EDA技术架构、装备材料、芯片制造。吴汉明指出，“放眼中国的集成电路产业链建设，光刻机、检测等装备是主要需要攻关的方向。”

对于14nm芯片，国内是有能力量产的，虽然国产能力正受到国际贸易波动的限制，但是可以说中国对14nm的量产技术已经掌握。将14nm芯片完全国产化的任务，是必要又迫切的。

以工业互联网、物联网为场景的芯片需求持续增长

在物联网兴起的背景下，半导体产业正在发生转移。

当连接不只在人与人之间，人类生产、生活领域的各种物品都能实现联网，并与人连接起来，人类社会将出现什么样革命性的变化。人们对物联网时代的预想正在成为现实，而这当中，工业、汽车、医疗设备的开发，将激发大量基础元器件的需求，这些元器件将成为供应链中不可或缺的关键一环。

宏观来看，万物互联、物联网的爆发，正在代替原有以手机为中心的移动互联网时代，芯片作为基础元器件，它的供给侧正悄然发生变化，这种变化之下，产业对14nm的需求将会非常大。

从产业上看，智能硬件成本的下降，应用的适配，让智能终端正规模化、普遍化地进入个人和家庭生活，物联网也进入了产业增长期。数据显示，人均持有智能终端数量在2010年是1.84个，至2020年增长到6.58个。

从消费者需求端和购买意愿来看，中国拥有庞大的智能硬件市场，在2020年，中国物联网市场规模已经超过万亿元，根据IDC数据，在2024年中国物联网市场支出预计将达到3000亿美元。

政策上看，国家正推进传统产业数字化的进程，包括《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》、《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》，以及《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》里也都提出了对物联网发展的要求。而在实际应用场景中，自动化、智能化的流水线，以水利系统智慧城市的建立会需要大量的物联网设备，从而激发对基础元器件的需求。

中国是芯片的需求大国，占全球芯片需求量的45%。从半导体产业的数据上看，以工业互联网、物联网为场景的芯片增速上涨。

14nm芯片正成为需求焦点

在物联网时代的所有芯片中，14nm芯片正在成为需求的焦点。

物联网被大量应用在汽车、工业等制造业中，这些场景对芯片的工艺要求并不高，但对性价比、可靠性要求很高，这恰恰是14nm能满足的。例如，汽车芯片，需要长期验证、高可靠性、适应各种极端条件，但是并不需要芯片像搭载手机里一样，必须微缩至5nm、7nm。

物联网所需的芯片用量远远大于消费电子，而且对芯片的制程和工艺要求比手机低很多。为了研制下一代手机芯片，国际大厂在制程上追赶5nm、3nm，将摩尔定律逼至极限，但一些车用、工业用的芯片甚至只需要14nm、28nm、45nm工艺水平，它对性价比的要求是更高的，对芯片适配业务、适应场景的能力要求也更高。

当前，这一波大规模的全球芯片短缺潮，自去年下半年来，疫情以及随之而来的自然灾害，日本工厂火灾、美国暴雪、东南亚封国等，正在让全球芯片供应了承受很大的压力，首先是供给端开始收缩，上下游之间的沟通效率降低、代工厂转单速度变慢，又逢2020年下半年电子产业的需求开始复苏。

这些现象恰恰在车用、工业用的芯片中表现十分突出。去年下半年，车用芯片首先开始告急，然后发展到工业芯片、家居行业的芯片，半导体供应链上，从代工、涉及到封装都进入了短缺状态。这种全线紧张的局面在芯片历史上几乎从未有过，而缺货的产品，很多是依赖于14nm工艺的芯片。

吴汉明认为，芯片产业面临的主要挑战是产业链太长、太宽，它必然依赖于全球的流通和全球化的正是因为这种流通，使得集成电路才能沿着摩尔定律发展到当今欣欣向荣的状态。

摩尔定律趋缓促使 14nm芯片成为高端芯片主流

14nm的重要性并非只在产业实践中体现。当下，行至极限的摩尔定律也在告诉我们这样一个事实：

摩尔定律是半导体产业的基本规律，即单位面积芯片上的晶体管数量每两年能实现翻番。摩尔定律延伸的结果是，芯片的成本在几十年内降低了百万倍，给社会经济带来巨大的效益。

吴汉明认为，整个集成电路产业技术发展最核心的四个要点，就是体积小、功能多、耗电小和成本低。