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沙巴体育观点 | 美国最新FinFET工艺管控带来的影响分析与研判

发布日期:2025-01-17

来源:沙巴体育博彩

美国商务部工业与安全局(BIS)继2025年1月13日发布“人工智能扩散出口管制框架”之后,于1月15日再次出台新规,将使用FinFET工艺(非平面晶体管结构)制造的芯片认定为受管控芯片,需要进入美国政府许可的“白名单”才能正常获得产能供应。此外,本次美国又一次更新实体清单,将涵盖AI大模型、算力芯片、光刻机零部件以及先进封装等多个领域的25家中国企业纳入清单。我们认为,美国此举旨在通过限制我国获取先进算力芯片的生产能力,进一步削弱我国在人工智能产业链和算力供应链上的竞争力,也意图阻止我国参与下一代人工智能和半导体技术全产业链的全球竞争。

一、美国本次工艺管控新规及实体清单更新的关键要点

本次新规主要对FinFET工艺流片进行管控,同时更新了DRAM内存的管控条件,并对“先进节点集成电路”定义进行了更新。另外本次美国又一次更新实体清单,将25家中国企业纳入,涵盖AI大模型、算力芯片、光刻机零部件以及先进封装等多种类型的国内企业。

(一)FinFET工艺流片管控

FinFET工艺是制造高性能算力芯片的主流工艺,美国BIS认为目前全球仍然有大量的集成电路“壳”公司可以绕过目前的管制规则,通过获得FinFET工艺产能而设计生产出高性能算力芯片。因此为避免该情况的发生,美国BIS对我国设计企业进行流片限制,需满足以下要求才能获得境外FinFET工艺产能:

(1)所设计芯片的晶体管数量低于300亿个,晶体管数量的定义为芯片的晶体管密度x芯片面积。
(2)若最终封装成的芯片不含HBM,则晶体管数量限制可以放宽到350亿个(2027年生产)或者400亿个(2029年或者更晚生产)。
由美国设计的管控条款可以看出,本次对FinFET工艺流片管控主要针对的是高性能算力芯片,另外智驾SoC芯片、交换机芯片也会受到影响。而消费类芯片、手机SoC等因晶体管数量一般都低于300亿个,不会受到流片限制。

(二)DRAM内存管控更新

新规修订DRAM“先进节点集成电路”的定义,将存储单元面积从“小于0.0019µm²”修改为“小于0.0026µm²”,并将存储密度从“大于0.288千兆位/平方毫米”修订为“大于0.20千兆位/平方毫米”。此外,该规则增加了“每个管芯超过3000个TSV”的参数,取代了之前18纳米半间距标准的限制。

(三)“先进节点集成电路”定义更新

本次新规对“先进节点集成电路”的定义进行更新:

(1)逻辑芯片:采用非平面晶体管结构(FinFET结构)的16/14nm或更小线宽。

(2)NAND闪存:大于等于128层。

(3)DRAM内存:存储单元面积小于0.0026um²、存储密度大于0.20Gb/mm²或每个芯片die超过3000个TSV。

(四)实体清单更新

本次美国又一次更新实体清单,将25家中国企业拉入,主要包括AI大模型企业智谱旗下10个实体、AI算力芯片企业算能科技旗下约11个实体(包括一个新加坡分公司)等。

二、国内外FinFET工艺发展情况和我国的竞争力

FinFET工艺是制造高性能算力芯片的主流工艺,主要采取FinFET结构,仅次于最先进的GAA结构。FinFET工艺被广泛应用于智能手机、电脑和平板电脑、可穿戴设备、汽车以及高端网络等领域。根据Gartner数据,目前全球FinFET工艺产能已经占到全球代工总产能的16%,其贡献的经济价值达到435.09亿美元,预计到2029年将继续增至773.44亿美元。2024-2029年复合年增长率(CAGR)预估为12.19%。

表1 全球主要代工厂FinFET工艺覆盖节点和主要产品


数据来源:北京半导体行业协会

根据Gartner数据,截至2024年底,全球FinFET工艺总产能为1857.7万片/月(等效8英寸晶圆)。从区域分布上看,全球仅有美国、中国、韩国及中国台湾具备FinFET工艺的生产能力。从产能规模上看,中国台湾产能占比最大,达到71.8%,而几乎接近93%的产能集中在亚洲。从企业情况来看,全球仅有6家企业掌握FinFET工艺,分别是台积电(中国台湾)、联电(中国台湾)、三星(韩国)、英特尔(美国)、GlobalFoundries(美国)以及中芯国际(中国大陆)。从产能增速来看,2025年-2028年全球FinFET工艺产能扩充主要发生在中美两国,其中美国未来四年FinFET工艺扩产年均复合增速更是高达24.3%。

表2 2025-2028年全球FinFET工艺分布及所在区域的主要企业(等效8英寸晶圆月产能/千片)


数据来源:Gartner

根据上述国内外FinFET工艺区域分布和企业情况。可以得出几点结论:

一是大陆地区在FinFET工艺虽然不是空白,但在产能上仍然占比较小,与中国台湾、韩国存在一定差距。目前我国FinFET工艺产能占全球FinFET工艺产能的比重仅为4.7%,即使到2028年也只达到5%,短期内无法赶超中国台湾(70%左右)、韩国(15%左右)的产能优势。

二是美国将充分受益于台积电等企业在美建厂的产能投资,在未来几年将会跃升为全球FinFET工艺的重要供应国。美国通过《沙巴体育》近380亿美元的补贴,吸引了英特尔、美光、三星、SK海力士与台积电五家全球顶尖的逻辑芯片及DRAM存储器制造商均在美国投入建设或扩张。其中逻辑代工产能的投资主要集中在FinFET工艺上,因此美国将会快速跃升为全球FinFET工艺的重要供应国。

三是FinFET工艺将成为未来中美在先进半导体制造能力较量的主战场。从全球各区域FinFET工艺增长速度来看,韩国和中国台湾未来会将扩产重点放到3纳米及以下,也就是主要扩充GAA工艺的制造能力,而中国受限于无法进口到最先进的EUV光刻机,将和美国围绕FinFET工艺进行竞争。

三、美国对我国实施FinFET工艺管控带来的影响及研判

美国对我国实施FinFET工艺管控主要有三方面影响:

一是短期内会严重影响部分芯片企业产品交付和供应链稳定

由美国设计的管控条款可以看出,本次FinFET工艺管控影响最大的是算力芯片企业,另外智驾SoC芯片、交换机芯片也会受到影响。尽管目前部分企业已经和国内具备先进工艺代工能力的产线进行对接,但工艺转换、根据国内工艺进行设计变更等都需要耗费一定的时间,因此短期内会严重影响部分芯片企业产品交付和供应链稳定。同时,对制造工艺的管控将进一步影响国产算力芯片的性能和综合竞争力,势必会拖慢我国在人工智能基础大模型领域的研发进展,中国在下一代基础大模型研究上与美国的差距将进一步加大。

二是将加速我国自主FinFET工艺能力的提升和有效产能扩充

由于长期的先进算力芯片制造需求外溢,不仅导致我国目前可量产的FinFET工艺产能规模很小,仅占全球FinFET工艺总产能的不足5%,也导致与FinFET工艺配套的软件和工艺设计套件(PDK)、IP能力都与台积电差距较大,无法满足国内大部分芯片设计企业的要求,尤其是鲜少能够服务于算力芯片企业。本次美国对我国实施FinFET工艺管控,将变相加速国内先进设计企业与代工厂的合作,提升自主PDK和基础IP的能力,同时在需求牵引下,加快实现国产FinFET工艺的有效产能扩充,尤其是提升16/14纳米及以下车规级工艺的供应能力。

三是将带动我国先进工艺供应链上下游深度协同和自主可控

由于目前我国具备FinFET工艺制造能力的所有代工厂和研发机构几乎都被美国拉入实体清单,无法正常采购FinFET工艺产能扩充所需的相关进口设备及零部件。因此本次对FinFET工艺的管控,将加速推进我国具备FinFET工艺制造能力的代工厂通过与国产设备、材料和零部件的合作而实现产能扩充,有助于强化国产FinFET工艺的技术、产能与供应链能力升级,实现我国相关设备和零部件的高水平突破,全面带动我国先进工艺供应链上下游深度协同和自主可控。

四、相关建议

近两个月来,美国密集发布管制措施,集中覆盖高性能算力产业链供应链的各个环节,从“切断进口”和“阻碍自研”两方面全面封死我国构建自主高性能算力生态的可能性,企图进一步削弱我国在人工智能产业链和算力供应链上的竞争力,阻止我国参与下一代人工智能创新链的全球竞争。在此背景下,建议:

一是推动国产算力供应链深化协同。以应用为导向,梳理国产算力芯片供应链上各环节的堵点难点,通过揭榜挂帅等形式,推动算力芯片企业与代工、存储、封装相关企业的协同创新。

二是加强探索算力芯片新技术路径。充分利用三维堆叠、存算、光电融合等新技术和新架构的优势,探索可绕过台积电现有供应链的新路径,加速推进相关成果的研发及产业化进程。

三是加快国产先进工艺产能建设进度。着力推进装备、材料、零部件等环节对国产FinFET工艺产线的有效支撑,支持国内代工厂积极推进国产FinFET工艺产能的扩充,加快打造国产算力芯片供应链体系。

四是做好多元化服务,保障“受影响”企业经营连续性。对于受新规影响的企业,从资金支持、资源对接、投融资服务、企业经营等方面强化服务,保障企业稳定运营。

感谢锐成芯微总经理沈莉女士对本文部分内容的指导。

附件

美国BIS芯片白名单


数据来源:沙巴体育根据公开资料整理

 

朱晶,研究员

兼任北京半导体行业协会副秘书长,长期关注研究集成电路、新一代信息技术领域 

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