文 | 黃天然
中國芯要雄起了。
作為中國大陸規模最大技術最先進的晶圓代工企業，中芯國際在疫情期間不但沒有停產，還迎來了一連串的好消息：
年初，中芯國際擴大了14nm芯片產能，拿下華為海思14nm訂單；前幾日，從荷蘭進口的重要設備——一臺大型ASML光刻機已順利進入深圳廠區，用於企業復工復產後的生產線擴容；更重磅的消息是，除了14nm以外，7nm也在中芯國際2020年度的規劃之中。
有外媒報道稱，中芯國際將於今年第四季度到明年年初，試產相當於7nm的N+1製程工藝芯片。
14nm貢獻營收 中芯將成主流玩家
今年2月，中芯國際發佈2019年第四季度財報，第四季度的營收達到8.39億美元，同環比均有增長。當季產能利用率高達98.8%，比上年高9個百分點，接近滿載運轉。由於產能提高，毛利同比增長48.7%，達1.99億美元。
中芯國際財報截圖（圖片來源：SMIC）
財報中，最亮眼的成果要數2019年成功量產的14nm芯片，首次貢獻了1%的營收，約合768.9萬美元。
中芯國際財報截圖（圖片來源：SMIC）
量產14nm芯片的是位於上海浦東的中芯南方廠，這裡擁有中國大陸芯片領域最先進的生產線，第四季度的14nm芯片月均產量為6750片。
接下來，中芯南方廠將繼續擴大14nm的產量和產能，建成兩條月產能均為3.5萬片的集成電路生產線。
中芯南方廠
14nm，普遍被業界視為集成電路製造工藝拐點，目前全球成功拿下14nm製程節點的晶圓廠僅5家：臺積電、三星、英特爾、格羅方德和中芯國際。
這一製程可廣泛應用在智能手機、AI芯片、區塊鏈、物聯網芯片、礦機芯片、5G射頻芯片等一系列當下熱門新硬件的設計開發之中，而隨著“新基建”這一利好半導體行業的時代機遇來臨時，中芯有很大概率能進階成為全球業界的主流玩家。
不僅如此，國內追求先進製程的廠商，在貿易爭端的背景下開始考慮保障供應鏈安全，也都紛紛轉向本土芯片代工廠，這也為中芯國際創造了前所未有的機遇。
麒麟710芯片與華為Nova 3i
以華為海思為例，原由臺積電代工生產的麒麟710芯片就已經轉單至中芯國際，這款2018年推出的中端芯片，綜合性能與高通驍龍660相當，目前主要用於華為和榮耀系列的千元機，如榮耀8X、華為暢享9 Plus和華為Nova 3i之中。
與7nm製程相當的N+1有望年內問世
中芯國際2019年第四季度財報會議上，聯席首席執行官梁孟松博士還首次公開中芯國際N+1、N+2代工藝的情況。
梁孟松表示，N+1製程芯片作為中芯國際第一代FinFET製程14nm的後繼者，其性能將提高20%，功耗降低57%，邏輯面積減少63%，SoC面積減少55%。
也就是說，第二代FinFET製程N+1芯片的晶體管和電阻元器件密度，將會是14nm的兩倍以上，這實際與7nm製程工藝已經非常接近。
唯一的差距，在於性能提升率不及7nm，從14nm到7nm性能提升的業界標準為35%，因此中芯國際的N+1性能還追不上7nm，所以N+1芯片主要面向的是低功耗應用。
不過在N+1之後，中芯國際還將推出N+2工藝製程芯片，兩者在工藝功耗上表現差不多，但區別在於性能及成本，N+2性能更強，而成本也會增加。
據中芯國際透露，2019年第四季度N+1芯片已進入設計下線送交製造（New Tape-out）階段，目前正處於客戶產品認證期，預計2020年第四季度可以小量產出。
中芯國際芯片生產線（圖片來源：smic.com）
7nm是當下已大規模量產的最先進芯片製程，它廣泛地應用在了高通驍龍855、華為麒麟990、AMD Zen 2這些系統級芯片中。而在7nm領域，僅有臺積電和三星兩大“高階玩家”，它們位列全球半導體行業的第一陣營。
據臺積電披露，2019年，7nm芯片代工所帶來的營收已佔全部營收的 27%，成為全部製程領域中最大的收入來源，產能被蘋果、高通、華為等大廠所包攬。今年第二季度，臺積電預計將量產5nm芯片，並已經拿下蘋果A14處理器的全部訂單。
為攻克7nm製程，臺積電曾耗費近兩年時間。而曾經的“CPU霸主”英特爾也停滯在14nm長達5年之久，去年才推出10nm處理器Ice Lake，更不用提7nm。
近日，英特爾公開承認從工藝製程上來看，已經落後於臺積電，並計劃加速投入研發迎頭趕上，預計最快將在2021年拿下7nm節點。
由此可見，中芯國際如果能在年內順利推出製程與7nm相當的N+1芯片，哪怕是小規模的試產，也有望領先英特爾，全面趕超國際晶圓廠裡第二梯隊的臺聯電、格羅方德，躋身全球半導體領域的第一陣營。
3個月砸154億元重金提速擴產
一方面繼續擴大14nm產能，一方面著力突破N+1、N+2的芯片工藝，2020年對於中芯國際而言，眼下正處於關鍵時期。而為了追趕國際先進製程技術，中芯投入大量資金購置設備。
自今年1月開始，中芯國際就宣佈了多個設備進口大單：1月24日，中芯國際宣佈與荷蘭ASML簽訂協議，將耗資5.39億美元進購新一批生產晶圓所用機器；2月19日，中芯國際宣佈斥資6.01億美元，向半導體工藝設備生產商泛林集團（Lam Research）訂購一系列包括蝕刻工具等設備；3月2日，中芯國際再次披露與全球最大半導體材料供應商應用材料公司（Applied Materials），以及日本半導體廠商東京電子（TEL）的兩大訂單，總價值分別為5.43和5.51億美元。
3個月不到，四個設備訂單總計價值超過22億美元，約合154億元人民幣，這樣的重金投入，預示著中芯國際在今年即將全面提速，實現新一輪的產能和產品升級。
3月4日，已經有一臺來自荷蘭ASML的大型光刻機進入深圳廠區，但並非外界所關心的應用於10nm以下先進製程的極紫外（EUV）光刻機，而是一臺“常規設備”。
路透社報道，今年1月份，特朗普政府以“國家安全”為由向荷蘭政府施壓，阻止ASML向中國出售芯片製造技術和設備。因此，這臺自2018年就已下單，且耗資達1.5億美元的EUV光刻機遲遲沒有到貨。
關鍵設備EUV光刻機未能如期上線，是中芯國際工藝升級道路上的一個重大障礙。但梁孟松博士表示，今年中芯國際即將推出的N+1、N+2芯片將不會用到EUV工藝，等到設備就緒之後，N+2才會轉向EUV工藝。
事實上，深紫外（DUV）光刻機已經可以滿足7nm芯片的量產要求，臺積電的第二代7nm芯片才開始引入EUV工藝，而最初的一代用的就是DUV工藝，而DUV光刻設備中芯國際已有儲備。
ASML DUV光刻機（圖片來源：asml.com）
相比EUV工藝，DUV工藝生產需要多重曝光技術的加持，這雖然會對芯片的良率帶來新的挑戰，但中芯國際似乎已準備好走這樣的路線。
“中國芯”產能增速居世界首位
從去年年底成功量產14nm，到今年年內實現7nm的目標，這樣快速的製程迭代對於中芯國際而言將是一場前所未有的考驗。
要知道，臺積電實現這一跨越用了2年，而三星花費了3年。在中芯國際巨大的投入之下，進展不及預期的風險和技術攻堅的壓力同在，2020年中芯國際有了一個不錯的開局，而要贏得接下來的勝利，一切才剛剛開始。
中芯國際2019年各廠區晶圓產能概覽（數據來源：AnandTech）
不僅如此，在美國技術制裁的大背景之下，中芯國際也可能成為美國限制的對象。在光刻機、晶圓材料嚴重依賴進口的情況下，中芯國際在新制程的研發中，也要保證吃透技術，避免出現被卡脖子的情況。
作為“中國芯”的行業標杆，中芯國際的不斷趕超，工藝和產能的每一步突破，都是中國芯片產業不斷髮展的縮影。
據調查機構SEMI發佈的《2018年中國半導體展望報告》顯示，中國芯片產能增速已居於世界首位，並在半導體領域迅速縮小與世界先進水平的差距。
自2017年到2020年，中國預計將比世界上任何其他國家和地區更快速地成立更多的芯片和半導體生產和製造企業，擴大本土的芯片產能。
據SEMI數據統計，中國芯片企業產能將以12%的複合年增長率增加，2020年增長到每月400萬片晶圓，為5年前的1.7倍。
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