三大市场驱动 半导体工艺发展之路还未终结

　　半导体行业目前由几大市场驱动，最大的是移动。一个有趣的资料显示，2014年到2015年手机数量增长26%，出货量达到19亿台。全世界也不过有43亿的手机用户，这就意味着手机的替换率已经达到50%。全球的手机流量预计在5年时间增长10倍，从2014年的30EB达到2019年的 292EB。

　　未来，比手机更有发展前景的是什么?答案是物联网、汽车和高性能计算(HPC)。让我们先从物联网市场分析，据预测从2013年到2018年物联网的复合增长率是21%。因为99.4%的设备还是没有连接起来，因此这个市场的成长机会很大，到2022年预计所有家庭会拥有达到500亿智能设备，你每次眨眼就意味着物联网设备以10亿为单位变成现实。

　　对于汽车行业来说，中期内机会最大的是无人驾驶或者是高级辅助驾驶(ADAS)。谷歌的无人驾驶汽车已经能行驶超过2M英里(16个小事故，所有的失误都是其它车造成的。) Delphi和奥迪能开车从美国的旧金山到纽约。特斯拉将会在它的所有汽车中配置自动驾驶仪。一项有趣的潜在变化是，自动车辆可能会带来所有权的问题。如果你可以按照需要拥有一辆汽车，你还完全拥有它吗?你的汽车计划在十年内可能像你的手机计划一样，各种选择权取决于应用。

　　高性能计算(HPC)需要为所有的移动设备提供后端平台，一般是大数据中心，我们称为云端。低延时和本地化意味着移动设备需要提供本地化服务，但是低延时在连接到数据中心也是必备条件。这就意味着所有的基站短周期内都需要升级，大概会有数百万。台积电为不同类型的硅片提供宽范围的处理器。制程节点使得生产流程升级，和批量生产是一个节点(有时候是两个)。

　　2014到2015年，台积电研发费用整体同比上涨19%，2014年是1.9美元，2015年会达到2.2美元。OIP增长目前已经超过200 PDKs，7500个技术文件和8500个IP模块。晶片使得2014到2015年IP符合增长率达到22%。资本支出高达10%到16%，从2014年的105亿美元达到2015年的110亿美元。总产量是每月1600万8寸晶片，每年上涨12%，每天增长超过20000片。

　　新制程增长比以往都快，其中40nm用了35个月，28nm用了22个月，20nm只用了3个月，16nm更新会更快。按照这样的速率，产品批量生产会更神速。最新的关键制程是16FFC，它是第三代16nm制程。速度相对于28nm加快了65%，相对于20nm加快了40%。功耗相对于28nm节省了70%，相对于20nm节省了60%，电压可以低到0.55V。台积电一再表示，16FFC将是一个生命周期很长的节点，因此16FFC的晶体管比 28nm都便宜。设计规则是一样的，因此迁移和IP设计都是相当简单的。新的库将会允许电压降低至0.4V，专注于减少非高斯变异。

　　相对于16FF+，20nm技术有50%的改变，其中性能提高20%或者功耗降低40%。有3种不同的Vt和栅极长度偏差，覆盖大范围的泄漏或速度信封。10nm SRAM确实很好，SERDES能以56 Gbps运行，比16 FF+并行转换器运行功率效率高22%。7nm相对于10nm速度会提升10%到50%，或者功耗节省25%到30%，密度是原来的1.6倍。批量生产将在2017年Q1开始。最初的库是为移动设计的，但是第二代库会针对HPC配有更高的蜂窝。特殊的SRAM也是为HPC配备的，性能提升25%。已经有一颗ARM Cortex-A57测试芯片显示具有40%到45%的性能提升。

　　但是工艺发展之路并未结束，台积电还在继续研究Ge FinFET，III-V NFET，gate-all-around纳米线，二维晶体，自组装，multi-e-beam直接写入，逆计算光刻，当然还有EUV。台积电达到了 90w的内部源动力，ASML展示的是130w。他们正在共同努力达到所有设置为125片/小时的生产量。

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