成熟制程節(jié)點(diǎn)依然是半導(dǎo)體行業(yè)的中流砥柱

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言在半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展的今天，很容易被最先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)所吸引。然而，成熟的制程節(jié)點(diǎn)在行業(yè)中持續(xù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為各種應(yīng)用和設(shè)備提供動(dòng)力。本文探討了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的重要性、經(jīng)濟(jì)影響以及在當(dāng)今技術(shù)格局中的持久相關(guān)性。
制程節(jié)點(diǎn)的演變半導(dǎo)體制造技術(shù)自微米時(shí)代以來(lái)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著進(jìn)入納米級(jí)別，幾項(xiàng)重大變革塑造了行業(yè)發(fā)展：
/ t% {4 `2 i1 D0 c9 ~/ L

2 O( n9 e4 \7 o圖1：硅加工技術(shù)的演變，顯示了關(guān)鍵里程碑，如向更大晶圓的過渡、高k金屬柵極的引入、計(jì)算光刻技術(shù)、多重曝光、極紫外光刻（EUV）和環(huán)繞柵極（GAA）晶體管的應(yīng)用[1]
1.在130納米和90納米節(jié)點(diǎn)之間，晶圓從200毫米轉(zhuǎn)變?yōu)?00毫米，提高了成本效率。2.大約在45納米節(jié)點(diǎn)，計(jì)算光刻技術(shù)變得必不可少，以確保清晰的特征印刷。3.引入了高k介電質(zhì)和金屬柵極，防止柵極氧化層變得過薄。4.多重曝光技術(shù)，如雙重和四重曝光，在NAND閃存的30納米和數(shù)字邏輯的20納米節(jié)點(diǎn)變得必不可少。5.鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）首次在22納米節(jié)點(diǎn)采用，并在14納米節(jié)點(diǎn)成為主流。6.極紫外光刻技術(shù)（EUV）從7納米節(jié)點(diǎn)開始使用，并在5納米節(jié)點(diǎn)成為必需。
& N( F' [0 U* U3 N7 Q$ V節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)學(xué)歷史上，每個(gè)新的制程節(jié)點(diǎn)都會(huì)帶來(lái)20-25%的每顆芯片制造成本降低。然而，這一趨勢(shì)在20納米節(jié)點(diǎn)左右開始發(fā)生變化。Synopsys的首席產(chǎn)品經(jīng)理Andrew Appleby解釋說(shuō)：“在鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)代，每一代技術(shù)進(jìn)步所需的特殊制程要求都增加了顯著的成本和復(fù)雜性�！�
; Z) G! F* f+ D- s結(jié)果是出現(xiàn)了一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)，即先進(jìn)節(jié)點(diǎn)不再自動(dòng)轉(zhuǎn)化為成本節(jié)約。這種轉(zhuǎn)變?cè)谛袠I(yè)中造成了一種分化：

高性能、高成本芯片：英特爾、三星和英偉達(dá)等公司繼續(xù)推動(dòng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，因?yàn)楫a(chǎn)品可以獲得高價(jià)格。

對(duì)成本敏感的應(yīng)用：許多公司和產(chǎn)品由于經(jīng)濟(jì)因素而停留在較舊的節(jié)點(diǎn)上。[/ol]
這種分化導(dǎo)致設(shè)計(jì)開始集中在某些節(jié)點(diǎn)上，特別是28納米左右，這代表了平面技術(shù)過渡到更昂貴的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)之前的最后一代。
成熟節(jié)點(diǎn)的持久性先進(jìn)節(jié)點(diǎn)具有吸引力，但成熟的制程技術(shù)由于以下原因繼續(xù)蓬勃發(fā)展：

成本效益：較舊的節(jié)點(diǎn)通常使用已完全折舊的設(shè)備，使芯片生產(chǎn)利潤(rùn)很高。

足夠的性能：許多應(yīng)用不需要先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的尖端性能。

模擬和混合信號(hào)兼容性：這些類型的線路在成熟節(jié)點(diǎn)上表現(xiàn)往往更好。

汽車和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：許多這些設(shè)備由于成本考慮和電壓要求使用較舊的節(jié)點(diǎn)。[/ol]
! z  j& ~' N5 N8 ~8 iTignis公司營(yíng)銷副總裁David Park指出：“除了英特爾或內(nèi)存制造商外，選擇任何集成器件制造商（IDM），許多仍在130納米及以上節(jié)點(diǎn)進(jìn)行制造。某些部件根本不需要在更小的節(jié)點(diǎn)上制造�！�
. ^% w7 E. @5 v8 B: e4 g最佳選擇不同的應(yīng)用傾向于特定的節(jié)點(diǎn)：

電源管理集成電路（PMICs）：通常使用180納米或130納米節(jié)點(diǎn)，更先進(jìn)的設(shè)計(jì)正在向90納米、55納米和40納米移動(dòng)。

傳感器：通常在180納米和150納米節(jié)點(diǎn)上找到，而集成微控制器的智能傳感器正在向65納米或40納米移動(dòng)。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：由于成本考慮，大多數(shù)仍停留在40納米和22納米節(jié)點(diǎn)。

模擬和混合信號(hào)芯片：55納米被認(rèn)為是最佳選擇，純模擬設(shè)計(jì)停留在180納米和150納米。
Chiplet的作用Chiplet技術(shù)的出現(xiàn)正在影響節(jié)點(diǎn)選擇。理論上，Chiplet允許公司僅將先進(jìn)節(jié)點(diǎn)用于真正需要的組件，而將其他部分保留在成熟節(jié)點(diǎn)上。然而，目前先進(jìn)封裝解決方案的高成本意味著Chiplet對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)還不具有成本效益。
9 A& h% g0 b/ ]7 W保持成熟節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性晶圓廠正在積極努力延長(zhǎng)成熟節(jié)點(diǎn)的壽命。例如，聯(lián)華電子（UMC）將22/28納米節(jié)點(diǎn)作為主要節(jié)點(diǎn)。其他晶圓廠正在實(shí)施改進(jìn)，以吸引新的設(shè)計(jì)到較舊的制程，例如：

引入特定晶體管設(shè)備以提高性能或最小化漏電

實(shí)施制程縮小以改善成本和工具利用率

添加射頻功能或高壓能力，用于混合信號(hào)系統(tǒng)

納入汽車級(jí)認(rèn)證
制程節(jié)點(diǎn)的未來(lái)隨著行業(yè)繼續(xù)發(fā)展，可能會(huì)看到一種"雪犁效應(yīng)"，即設(shè)計(jì)積累在某些節(jié)點(diǎn)上，特別是28納米左右。12納米到2納米之間的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)看到設(shè)計(jì)開始減少，因?yàn)椴捎贸杀菊系K變得越來(lái)越顯著。
然而，這并不意味著成熟節(jié)點(diǎn)將變得過時(shí)。正如Synopsys的Appleby指出：“處于尖銳轉(zhuǎn)折點(diǎn)的技術(shù)，如平面節(jié)點(diǎn)的最后一代，保證了長(zhǎng)壽命，因?yàn)閷?duì)于許多不需要下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品類別，提供了最佳功能集。”
結(jié)論半導(dǎo)體行業(yè)將繼續(xù)推動(dòng)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的可能性邊界，但成熟制程技術(shù)的重要性不容忽視。這些傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)提供了成本效益、性能和多功能性的關(guān)鍵平衡，使其對(duì)廣泛的應(yīng)用不可或缺。展望未來(lái)，半導(dǎo)體格局可能將繼續(xù)以多樣化的制程節(jié)點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)為特征，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在我們?nèi)找婊ヂ?lián)的世界中服務(wù)于特定的需求和應(yīng)用。
7 m( W' ]( b; _! \! H; c0 a參考來(lái)源B. Moyer, "Legacy Process Nodes Going Strong," Semiconductor Engineering, Jul. 23, 2024.


- END -
, k- r. Y5 R- t( h
軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無(wú)論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
4 ~( f' t/ d- v1 _點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請(qǐng)
4 s: y5 R5 |) x. }( D9 ?* H$ D% @$ l
歡迎轉(zhuǎn)載

' j2 ], t; I& W: _% m/ n1 N7 B9 _: w+ e轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
; U8 M* p0 Z- I7 P: x' H/ m



2 E+ k; Y* a% ~2 V, K7 B; `
6 s; |& L2 }) r; j/ p7 Z關(guān)注我們

4 Z6 h5 B( G9 `3 w

% ^$ A7 O; T9 C) y) ~ & d, {" `. N0 ~) E( |2 ^

1 |) Z$ h" B3 P: H , H: _/ k+ R5 v3 A" n+ g# R% T

                     

! t# g- n6 S% F: y8 f% @! o. G' ?

4 U0 e  A) v- z4 h, T9 n$ M- f4 q% o+ C, |
2 C7 B6 V2 ]2 a* F( ~3 F

關(guān)于我們：
1 f& e+ Y% b+ |: A. e% J4 {深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

) c" i$ l: E( E! \  {# L# |0 chttp://www.latitudeda.com/
（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）