据 DIGITIMES Research 统计和分析,今年第 2 季度,中国大陆智能手机应用处理器(AP)出货量提前拉货,较前期预估(季增 34.6%)幅度加大。但该机构预估第 3 季度因第 2 季已提前拉货,因此,虽在旺季,预估大陆市场 AP 出货量季增长仅 0.2%,较去年同期将减少 7.6%。

 

DIGITIMES Research 表示,第 3 季度,大陆市场手机 AP 制程转换也将明显,28nm 比重将继续下降,被 12nm 超越,12nm 出货比重将上涨 3 成,跃居市场主流;7nm 比重有望达到 1 成左右。


根据这一市场统计和分析,12nm 制程技术将会在我国大陆地区的手机市场大放异彩。我们知道,在中高端领域,市场上的主流制程工艺节点是 22nm、16/14nm、10nm、7nm,以及今后的 5nm 和 3nm,这些被称为主节点。而 28nm、20nm、12nm、8nm 等,被称为半节点,这些节点有很强的过渡属性,因此,总体来讲,它们的市场占有率相比于那些主节点要低。而 28nm 和 12nm 相对较为特殊,28nm 是因为具有绝佳的性价比,因此应用面很广,也非常成熟;而 12nm 是典型的中端芯片制程工艺,市场上有多家知名处理器厂商的中端产品都选用了该制程工艺,这其中尤以手机处理器为最多。

 


图源:中信证券


中国大陆手机市场庞大,且中端和中低端占据着出货量的大头儿,这就给了中端手机处理器芯片绝佳的发展机会,相应的 12nm 制程技术的市场份额也就水涨船高了。


从目前的晶圆代工市场来看,具备 12nm 制程技术能力的厂商很少,主要有台积电、格芯(原格罗方德,GF)、三星电子和联电。联电于 2018 年宣布停止 12nm 及更先进制程工艺的研发。因此,目前来看,全球晶圆代工市场,12nm 的主要玩家就是台积电、格芯和三星这三家,这一点,从近两年市场推出的各种芯片也可见一斑。


12nm 制程芯片

2018 年 8 月,华为发布了中端芯片麒麟 710,采用的就是 12nm 制程,用在了当时的中端机型、在海外被称为 Mate 20 Lite 上。麒麟 710 由 Cortex A73×4+Cortex A53×4 组成,CPU 主频为 2.2GHz,GPU 为 Mali-G51。


2018 年 5 月,联发科推出了中端芯片 Helio P22,采用台积电 12nm FinFET 工艺制造,CPU 为 8 核 A53,最高主频 2.0GHz。GPU 采用 PowerVR GE8320,频率 650MHz,最高支持 1600x720(20:9)屏幕分辨率。


2018 年 6 月,联发科推出的中端芯片 Helio P60 表现不凡,吸引了 OPPO 和 vivo 等国产一线手机厂商的订单,像 OPPO R15、vivo X21i 等机型都搭载了 Helio P60 处理器。这颗芯片同样是定位中端,基于 12nm 制程工艺,并加入了人工智能技术。


2018 年 7 月,联发科又推出了 Helio A 系列产品,并称其把高端产品功能下放到了用户基数庞大的大众市场。该系列的首款产品为 Helio A22,同样采用 12nm 制程工艺,搭配 CorePilot 技术,内建主频 2.0 GHz 的 4 核 Cortex–A53,以及 PowerVR GE 图形处理器。


在中国大陆,紫光展锐最近几年在中端和中低端市场的拓展力度也很大,并逐步扩大着市场占有率,而在即将到来的 5G 市场,该公司推出了春藤 510,采用了台积电 12nm 制程工艺,同时支持 SA(独立组网)和 NSA(非独立组网)方式。


可见,联发科是 12nm 制程中端手机芯片的主要玩家,来自 DIGITIMES Research 的统计和分析显示,高通受中美贸易影响,预计今年第 3 和第 4 季度出货量将分别较前季减少 3.8%和 2.7%,高通强化自主架构芯片,第 4 季度占高通整体出货比重有望提升至 64.6%。从目前的形势来看,华为很可能将中端机种 AP 转单联发科,再加上 OPPO、vivo 等新品也多采用联发科的 AP,预计会带动后者今年第 3 季度 AP 出货量较前一季增加 5.8%,其中,Cortex-A57 以上平台出货比重至今年第 4 季度有望提升至 39.2%。


除了手机处理器之外,2018 年底,AMD 的显卡 RX 590 采用了 12nm 制程代工生产,而这款产品的代工厂为格芯和三星两家。由于 AMD 与格芯的深厚关系,其很多芯片都是由格芯代工的,但随着格芯宣布退出 10nm 及更先进制程的研发和投入,使得 AMD 不得不将先进产品分给了三星和台积电代工,从而分散了格芯的订单。


而在同一时期,另一家显卡厂商 NVIDIA 则选择了台积电的 12nm 制程。


三国杀

台积电的 16nm 制程经历了 16nm FinFET、16FF+和 16FFC 三代,之后进入了第四代 16nm 制程技术,此时,台积电改变策略,推出了改版制程,也就是 12nm 技术,用以吸引更多客户订单,从而提升 12 吋晶圆厂的产能利用率。因此,台积电的 12nm 制程就是其第四代 16nm 技术。


与前几代相比,12nm 具备更低漏电特性和成本优势。与 16nm 相比,12nm 制程不仅拥有更高的晶体管密度,而且在性能和功耗方面得到了进一步优化,有较大的升级幅度。对于台积电来说,推出 12nm 工艺,不仅可以缓解 10nm 制程带来的订单紧张问题,而且还能在市场营销上反击三星、格芯、中芯国际等对手的 14nm 工艺,避免订单流失。


格芯于 2018 年宣布退出 10nm 及更先进制程的研发,这样,该公司的最先进制程就是 12nm 了。该公司是分两条腿走路的,即 FinFET 和 FD-SOI,这也充分体现在了 12nm 制程上,在 FinFET 方面,该公司有 12LP 技术,而在 FD-SOI 方面,有 12FDX。12LP 主要针对人工智能、虚拟现实、智能手机、网络基础设施等应用,利用了格芯在纽约萨拉托加县 Fab 8 的专业技术,该工厂自 2016 年初以来,一直在大规模量产格芯的 14nm FinFET 产品。


由于许多连接设备既需要高度集成,又要求具有更灵活的性能和功耗,而这是 FinFET 难以实现的,12FDX 则提供了一种替代路径,可以实现比 FinFET 产品功耗更低、成本更低、射频集成更优。


数据显示,格芯的 12FDX 制程能够以低于 16nm FinFET 制程的功耗和成本,提供等同于 10nm FinFET 的性能,并且支持全节点缩放,使性能比 FinFET 制程提升 15%,功耗降低 50%。而掩模成本也比 10nm FinFET 减少 40%。格芯的 12FDX 制程在号称成本、功耗等方面都优于台积电主力 16nm 制程的情况下,台积电推出了第四代 16nm 制程,也就是 12nm 制程,使得双方的竞争进一步加剧,而格芯 12FDX 的量产时间要比台积电的 12nm 制程晚一些,这些对于 12FDX 来说,在后续的市场竞争中,是个不小的考验。


目前,格芯正在大力推广其 12nm 制程,上周,该公司宣布开发出了基于 Arm 的 3D 高密度测试芯片,该芯片采用 GF 的 12nm FinFET 工艺制造,采用 3D 的 Arm 网状互连技术,允许数据更直接地通往其他内核,最大限度地减少延迟。


格芯表示,他们的方法可以在每平方毫米上实现多达 100 万个 3D 连接,使其具有高度可扩展性,并有望延长 12nm 工艺的寿命。目前来看,相对于 7nm,12nm 工艺更加成熟、稳定,因此,目前在 3D 空间上开发芯片更容易,而不必担心如 7nm 制程可能带来的问题。


三星方面,其晶圆代工路线图中原本是没有 12nm 工艺的,只有 11nm LPP。不过,三星的 11 LPP 和格芯的 12nm LP 其实是“师出同门”,都是对三星 14nm 改良的产物,晶体管密度变化不大,效能则有所增加。因此,格芯的 12nm LP 与三星的 12nm 制程有非常多的共同之处,这可能也是 AMD 找三星代工 12nm 产品的原因之一。


如前文所述,AMD 于去年推出了 RX 590,这是该公司首款 12nm GPU。三星加入该产品的代工行列,其 12nm 制程是为 AMD 定制化的,是将原来的 14nm 制程进行版本优化的结果。另外,AMD 的第 2 代 Ryzen 处理器也是采用 12nm 制程工艺制造的。

 

结语

12nm 制程本来不是一个竞争激烈的领域,但随着格芯对其重视程度的提升,以及台积电的强势杀入,另外,市场需求,特别是中国大陆地区中端手机处理器需求的上涨,使得这一板块在未来的两三年很有看头。


另外,别忘了,中芯国际不仅 14nm FinFET 制程已进入客户风险量产阶段,而且在 2019 年第一季度,其 12nm 制程工艺开发进入客户导入阶段,第二代 FinFET N+1 研发取得突破,进度超过预期,同时,上海中芯南方 FinFET 工厂顺利建造完成,进入产能布建阶段。这意味着用不了多久,一个新的 12nm 制程玩家将杀入战团,新的竞争局面和变数值得期待。