450mm的晶圆在哪里?

450mm的晶圆在哪里?

前一阵内存和闪存的疯狂涨价还让人心有余悸,晶圆又要涨价的噩耗又传来:几大晶圆厂宣布要提高300mm晶圆价格20%,这将极大的推动下游产品价格的上涨,例如:CPU,内存、闪存等等。你方唱罢我登场,这还让不让人愉快地装机了?有什么别的因素可以降低芯片价格吗?

新希望

通过之前文章CPU制造的那些事之二:Die的大小和良品率, 读者也许能够总结出这样的规律:单位Wafer如果能产出越多的良品Die,则CPU的成本就越低,CPU的价格就有可能下降。我们之前在晶圆大小不变,制程提高和Die变小的前提下,对成本进行了分析。如果我们加上晶圆尺寸这个变量,成本变化如何呢?

Intel公布的单个晶体管成本趋势图如下:

我们从中可以看出晶圆200mm到300mm的迁移,曾经让单位晶体管成本突破摩尔定律,产生了跳变。这也很好理解,越大的Wafer就能够切割出更多的Die,从而大大降低单晶体管的价格。据统计,每次提升晶圆尺寸,产出Die的数量至少提高一倍!300mm的下一次迁移就是450mm晶圆:

450mm在哪里,离我们还远吗?

曾经的梦想

2008年,Intel、三星和台积电本周宣布(参考资料1),他们将合作开发450mm晶圆制造技术,未来用于切割22nm工艺半导体产品,预计在2012年左右正式投产。

2012年投产,现在马上2018年,我们的CPU是不是已经用上了450mm的技术了呢?可惜并没有,四大巨头(Intel、三星、台积电和GlobalFoundries)都还在使用300mm,甚至他们都宣布在2023年之前都不会迁移到450mm晶圆。整体上,24家公司在使用300mm晶圆,而更多的58家公司还在运营200mm晶圆工厂。商人是无利不起早的,既然能够降低Die的成本,它们为什么不作为呢?

昂贵的代价

晶圆代纪迁移成本是巨大的。从150mm 到200mm 花了大约6 年,而从200mm 到300mm 则花了近10 年时间。据VLSI research研究,迁移到200mm,花费将近15亿美金。而过度到300mm 则投入了116 亿美金,几乎上涨9倍之多。而要进化到450mm,将耗费设备商们1020亿美元的巨额研发成本。迁移到新的晶圆尺寸平台需要供应链的上下游合作——从上游的设备、硅晶圆、晶舟盒和工厂自动化供应商到下游的芯片制造商、测试厂和IC 设计公司。产业链上几乎所有工具都需要重新研发、投产和试运行。而据研究,如果投入一个450mm的FAB, 成本将超过100亿美金,只有少数公司能承担得起一座450mm工厂,这将带来更大的两极分化现象。从投资回报率来看,Applied Materials首席技术官Hadar悲观的预测:对于300mm晶圆设备的投入我们可能需要30年才能获得回报,而投入450mm晶圆设备我们将永远得不到回报。

于此同时,原来预期Die的尺寸将要逐年增大,会逼迫晶圆升级。但进来的趋势却是Die尺寸保持稳定,甚至越来越小(为什么Intel CPU的Die越来越小了?):

这在源头降低了使用大晶圆的需求。

结论

曾经的希望现在越来越渺茫,目前450mm晶圆离我们不但没有变近,反倒更加模糊不清。也许有生之年都不会看到。只有寄希望中国制造能够尽快制作出高品质的300mm晶圆,补上这个短板。

专栏其他CPU文章:

CPU制造的那些事之一:i7和i5其实是孪生兄弟!?

CPU制造的那些事之二:Die的大小和良品率

为什么CPU的频率止步于4G?我们触到频率天花板了吗?

为什么晶圆都是圆的不是方的?

为什么"电路"要铺满整个晶圆?

CPU能用多久?会不会因为老化而变慢?

为什么CPU越来越多地采用硅脂而不是焊锡散热?

欢迎大家关注本专栏和用微信扫描下方二维码加入微信公众号"UEFIBlog",在那里有最新的文章。同时欢迎大家给本专栏和公众号投稿!

用微信扫描二维码加入UEFIBlog公众号

参考资料:

[1]: Intel、三星、台积电2012年投产450mm晶圆-Intel,450mm-驱动之家

编辑于 2017-12-28

文章被以下专栏收录