芯片造出样品,只是量产的第一天

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20:33

11月10日,日本Rapidus的2nm计划被曝可能无法按期量产:原定2028年3月前实现的目标,如今正面临压力。更具体的细节是,它至今没有做出能正常工作的SRAM(处理器里的片上缓存)。去年7月,Rapidus已经宣布造出了可工作的晶体管。从晶体管到SRAM,它走了一年多,还没走完。看起来只差一个能稳定工作的存储单元,实际上差了一整条良率曲线。36氪

很多人把“流片成功”当成量产的前奏。流片只是把设计图交给晶圆厂,造出少量真实硅片,用来做硬件实测、功耗调试和性能跑分。它证明的是“这颗芯片能工作”,不是“这条产线能稳定地造出好芯片”。

差多少?先看长鑫存储。它的HBM3E(第五代高带宽内存)已经向客户送样,良率只有20%到30%。36氪

而行业里的常规做法,是等良率爬到80%以上、确保能赚钱了,才向客户大规模送样。长鑫等不起,于是把样品先递了出去。36氪

20%到80%,看起来是60个百分点的差距,落到有效产出和成本上,是几倍的差距。而且良率不是加法,是乘法。一颗芯片的良率,等于好晶粒(Die)数除以总晶粒数。缺陷随机落在晶圆上,晶粒的面积越大,吃到缺陷的概率越高;光刻的偏差会同时落在整片晶圆上,一道工序出问题,可能让几百颗晶粒一起报废。

到了3D堆叠和Chiplet(小芯片)时代,乘法更残酷。每多一道环节,就多乘一次小于一的数。两颗各自95%合格的芯片叠在一起,同时合格的概率是95%×95%=90.25%。10颗90%良率的小芯片封进一个模块,整体良率只剩34.9%。任何一颗坏了,整个封装就废了。钛媒体知乎

这也是为什么SRAM是先进制程的试金石。一颗先进处理器可能集成数亿个SRAM存储单元,这些单元必须在极小的尺寸下稳定工作。单元越小,对晶体管匹配、读写裕度和数据保持的要求越苛刻;SRAM不能工作,往往不是某一个器件没做好,而是整个工艺窗口还不够稳。36氪

Rapidus造出了晶体管,却还没造出能正常工作的SRAM,说明它离“完整处理器”还有一段路。

就算晶圆这一关过了,封装还会再砍一刀。晶圆最薄时只有几十微米,任何一个孔的位置出现偏差,或者铜填充不充分,都可能让整个芯片报废。HBM还要把8层、12层甚至16层裸片叠起来,堆叠前筛出已知良好裸片,堆叠后任何一层出问题,整颗产品都保不住。观察者网36氪

再往后,还有风险试产、客户认证、可靠性验证,以及材料和设备的交期。先进封装行业有句话:订单不等于收入,送样不等于量产。从厂房建好、设备到位,到产线跑通、良率稳定、形成有利润的产能,中间还有很长的路。36氪

连台积电也要为爬坡付钱。2纳米今年三季度开始大规模量产,新产线折旧重、良率还在爬,毛利率从二季度的67.7%降到66.4%;一片2纳米晶圆卖到三万美元上下,良率低,摊到每片好芯片上的成本就高。36氪

所以,样品和量产差多少?没有一个固定数字。它是从单点良率到全流程复合良率的距离,是从“一颗能工作”到“每一颗都工作”的距离,是从实验室条件到客户产线的距离。数字上,可能是从20%到30%爬到70%到90%;时间上,从几个月到两三年不等;成本上,低良率会把每颗好芯片的制造成本成倍放大。

样品证明的是“这条路走得通”,量产证明的是“这条路上每一辆车都不会掉下去”。良率爬坡,爬的从来不是一个数字,而是一条用晶圆和钱喂出来的学习曲线。样品做出来那天,量产才刚开始。

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