基本介紹
- 中文名：14nm工藝
- 上市時間：2014年
技術定義,發展歷程,核心技術,產品套用,相關事件,
技術定義
14nm指的是14納米，這是一個長度單位，表示十億分之一米（1納米=10米）。在半導體製造領域，14nm特指一種積體電路製造工藝的技術節點。它代表了電晶體的關鍵尺寸，通常指電晶體柵極的最小長度或金屬連線的最小半間距。
需要注意的是，工藝節點數字更多是技術代次的標誌，而非絕對物理尺寸的精確度量。
發展歷程
14nm製程是半導體製造領域的一個關鍵技術節點，自2014年前後進入商用階段後，迅速成為2010年代中後期半導體製造的中堅力量，承載了市場上絕大多數中高端晶片的製造，特別是在工業、汽車、物聯網等領域擁有龐大的市場空間。
2014年，英特爾推出全球首款已投入商用的14納米處理器Core M，基於Broadwell架構，標誌著14nm工藝時代的開啟。此後英特爾在14nm節點持續疊代多年，衍生出14nm+、14nm++及後續的14nm+++等改進版本，以提升性能或降低功耗。英特爾在14nm工藝上停留時間較長，其第11代酷睿處理器仍基於14nm工藝，被視為該工藝的代表性產品。期間曾因需求增長、多核晶片面積增大等原因出現產能不足的問題。
三星於2015年宣布正式量產14nm FinFET工藝，並先後為蘋果和高通代工高端手機處理器。台積電於2015年下半年量產其16nm FinFET工藝，該工藝在業界被認為與三星、英特爾的14nm工藝屬於同級技術節點。
格羅方德在2015年實現14nm量產，並於2018年宣布將更多資源投入該製程。聯華電子於2017年初開始量產14nm FinFET工藝。中芯國際在2019年實現14nm FinFET工藝的量產，良率已達業界水準，並於2020年第四季度開始貢獻有意義的營收，其12nm工藝也進入了客戶導入階段。華虹集團旗下的華力微電子計畫在2020年底量產14nm FinFET工藝。
儘管更先進的製程不斷湧現，但14nm工藝因其成熟的性價比和可靠性，在2020年代初期仍然是眾多中高端晶片的主流選擇。根據相關統計，在2019年上半年，約65%的晶片採用14nm製程工藝。隨著摩爾定律趨緩，14nm工藝預計將在相當長一段時間內繼續服務於廣泛的工業和消費領域。
核心技術
由於傳統193nm波長DUV光刻機的解析度限制，在極紫外光（EUV）光刻技術普及前，實現14nm等先進節點需要依賴多重曝光技術。該技術通過多次曝光和刻蝕步驟，在有限的光刻解析度下實現更小的特徵尺寸，主要方法包括LELE、LFLE、SADP（自對準雙重成像）和SAQP（自對準四重成像）等。
14nm FinFET等先進工藝在帶來更高集成度和性能的同時，也給後端物理設計帶來了嚴峻挑戰，主要包括因布線資源緊張導致的布線擁塞（如交叉結構模組），以及在高性能設計中多點時鐘樹下的門控時鐘時序問題。針對交叉結構的布線擁塞問題，可以通過結構式布局的方法，對交叉結構進行重新排列來解決。對於多點時鐘下的門控時鐘時序違例問題，可以通過對門控時鐘控制邏輯暫存器位置的最佳化來改善。
在14nm工藝節點下，低功耗設計具有重要的研究價值和現實意義。基於統一功耗格式（CUPF）的低功耗物理設計流程等方法是實現數字晶片低功耗目標的關鍵技術之一。
產品套用
英特爾酷睿處理器從2014年的Broadwell開始採用14nm工藝，隨後的Skylake、Kaby Lake以及第八代酷睿等多代處理器也基於14nm工藝。AMD第一代Ryzen處理器使用Globalfoundries的14nm LPP工藝。
在GPU領域，AMD RX 480顯示卡採用三星的14nm FinFET工藝。
移動晶片方面，高通驍龍636、820等處理器採用三星14nm工藝。三星Exynos 7420和8890處理器使用自研的14nm工藝。
14nm工藝還套用於中高端AP/SoC、GPU、FPGA、汽車半導體等晶片的製造。
14nm FinFET工藝提高了每瓦性能，並降低了功耗和發熱。該工藝能提升晶片運算速度並降低功耗。
相關事件
2018年至2019年上半年，英特爾面臨14nm產能不足的問題，其原因包括市場需求增長、多核晶片增加導致單晶圓總產量下降、300系晶片組升級至14nm工藝以及全力保證蘋果基帶訂單，導致處理器漲價，例如酷睿i7-8700K價格漲至3099元。
中芯國際於2019年第四季度實現14nm FinFET工藝量產並開始貢獻營收，其良品率已經達到了世界領先水準，先進訂單基本來自國內一家廠商，並且正在研發比14nm更先進的工藝。
摩爾定律趨緩促使14nm晶片成為高端晶片主流，在物聯網等場景成為需求焦點；全球晶片短缺潮中，許多缺貨晶片依賴於14nm工藝。
