28 奈米增产竞赛，缺晶片只是表面、适用性高才是主因

近几个月，晶圆代工厂相继宣布扩充产能，华虹半导体宣布建设一条等级为 90~65 / 55 奈米的生产线，台积电、联华电子及中芯国际也纷纷指向 28 奈米产能扩充。

最早是今年3月18日，中芯国际公告称与深圳市签订合作框架协定，中芯深圳将重点生产 28 奈米以上积体电路和提供技术服务，最终达成每月约 4 万片 12 吋晶圆产能，预计专案投资金额 23.5 亿美元。

4 月台积电宣布斥资 28.87 亿美元扩充南京台积电 28 奈米产能，预计达每月 4 万片。接着联电也召开线上会议，宣布投资约 135.3 亿元人民币扩充在台南科学园区的 12 吋厂 Fab12 的 28 奈米产能。

这几家宣布扩产的代工厂，都预计将在 2022 年开始正常生产。 十多年前开发的 28 奈米製程，在 5 奈米先进製程广泛用于智慧手机的今天，依然热度不减，甚至引发各晶圆厂新一轮竞争。这次 28 奈米集体扩产，与备受关注的缺晶片潮并无太大关联。

代工巨头台积电的转捩点

依然是摩尔定律推动下，晶片製程 2010 年左右发展到 28 奈米，彼时半导体公司受金融危机影响元气大伤，很多IDM 公司或剥离製造业务或将更多的资源投资晶片设计，为晶圆代工厂带来更多发展空间。

78 岁高龄的张忠谋回归台积电后，台积电 2011 年成为首个量产 28 奈米製程的代工厂。当时报导称，台积电第一版是低功耗 28 奈米 LP，採用传统 SiON 製程，引入多晶硅栅和二氧化硅硝酸盐，适合低频环境。

製程发展到 45 奈米时，核心面积减少导致单位面积密度增高，漏电问题更严重，此时传统二氧化硅栅极介电质製程遇到瓶颈，也就是台积电量产的第一代 28 奈米产品，虽然能缩小晶元面积但并未解决高功耗的问题，因此业界普遍转向能降低漏电的 HKMG（high-k绝缘层＋金属栅极）叠层技术。

选择 HKMG 电晶体结构，业界分成两大阵营，一家是以 IBM 为首的 Gate-First 製程流派，支援者还有英飞淩、NEC、GF、三星和意法半导体等晶片製造技术联盟所属成员。 另一家是以英特尔、台积电为代表的 Gate-Last 製程流派。 这两种流派各自都有难点，前者 PMOS 管门限电压难以控制，后者需要设计环节积极配合修改电路提升密度。 儘管双方都宣称自己更适合 HKMG 电晶体，但未有实际产品出世证明谁更优越。

率先 2012 年攻克 28 奈米 HKMG 製程的台积电证明白更少人看好的 Gate-Last 更具潜力与优势，推出适用高频的 28 奈米而后继续向20奈米前进。

▲ 台积电製程节点发展历程。（Source：台积电）

这次 HKMG 的选择让台积电大获全胜，营收与获利屡创新高，将最大竞争对手三星、GF 远远甩在身后。迅速转向 28 奈米的 2012 年，台积电第四季财报会议表示：公司这一年达成创纪录营收和利润，出货量比 2011 年成长 30 倍。

到了 2013 年，三星、GF 及 UMC 的 28 奈米 HKMG 才刚导入量产，台积电则利用先发优势快速抢占客户资源、佔领市场，28 奈米出货量持续攀升，甚至佔据超过 80% 细分节点市佔。

▲ 各晶圆厂 28 奈米以下量产能力。（Source：OMDIA）

虽然摩尔定律指出，积体电路上可容纳的晶体管数目约每过 18 个月便会增加一倍，处理器性能每隔两年翻一倍，但并不意味着製程节点发展到下一代时，上一代就失去存在意义，对 28 奈米而言更是如此。

效益最高、应用广泛的黄金 28 奈米

台积电虽然早在 2011 年就达成 28 奈米量产且一直开发更先进製程，但 28 奈米却始终是台积电的核心业务，2016 年营收佔比 26%，2017 年和 2018  年佔比23%，直到 2020  年，28奈米营收也依然佔总营收 12.67%，仅次 7 和 16 奈米，需要用到 EUV 光刻机才能製造的 5 奈米节点营收也只佔全年收入 7.72%。

▲ 2020 年台积电收入比例。

28 奈米能支撑台积电核心业务近十年，主要有两个重要原因。 一方面是先进製程中 28 奈米成本效益高，往后需要 FinEFT  製程的16 / 14 奈米节点，晶圆製造成本将增加至少 50%，同时使用寿命比不上 28 奈米，更先进製程成本更高，只用拥有最大市场的智慧手机才能承受如此昂贵成本。

另一方面，随着 28 奈米成熟，市场需求呈爆炸性成长，从最开始应用在手机处理器和基频，到后来在 OOT 机上盒和智慧电视等更广泛的应用领域。随着个人积体电路时代到来及物联网、5G 等技术演进，无论改善手机萤幕的 OLED 驱动 IC，还是满足物联网设备的各种连接晶片，还是混合计算中心、无线基地台及自驾车等专有领域的 FPGA，高性能低功耗的 28 奈米都是理想选择。

放眼全球，据 TrendForce 调查研究，2020 年 28 奈米以上製程产品线更广泛，包括 CMOS 图像感测器、小尺寸面板驱动 IC、射频元件、电视系统单晶片、Wi-Fi 及蓝牙晶元等众多需求增长，28 奈米订单持续爆满。

还有一个重要原因是，儘管客户更愿意使用更成熟的製程和更低的成本製造，但 8 吋晶圆厂随着设备折旧而数量大幅下降，即 200 奈米晶圆利用率升高且产能增长缓慢，因此原本能用更成熟製程的电子产品也被迫往 28 奈米迁移。

扩产 28 奈米是共识，缺晶片潮只是引爆点

晶圆代工厂相继宣布扩产 28 奈米，表面上看似与缺晶片潮密切相关，扩产已发展成熟、效益最高的 28 奈米产能，能更快解决缺货问题。

不过产能扩充往往需要较长时间週期，这些 28 奈米晶片至少明年才能正常生产，短时间依然无法解决产能短缺问题。业界和市场早评估过 28 奈米，即使没有这次缺芯潮，依然会选择扩产 28 奈米。

半导体产业资深人士表示扩产反应业界对 28 奈米製程的共识，未来半导体业整体用量会继续增加，包括车用、电源等方面，就整个晶圆厂目前 28 奈米产能，也没有特别大，中芯国际目前 28 奈米月产能约在 8 万片。

或许 28 奈米看上去没有 5、2 奈米高阶，但适用範围确实更加广泛，人人都在关注更先进製程支撑智慧手机这块巨大市场，但最先进不一定适合所有人，应用範围最广泛的不一定最先进。

28nm to be a long-lived node for semiconductor applications in the next five years半导体业界的HKMG攻防战：详解两大工艺流派之争[原创] 28nm制程还能兴盛多久？28nm 节点的深蹲起跳