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硬件 28nm增产竞赛，缺芯只是表面原因

近几个月，晶圆代工厂相继宣布扩充产能，华虹半导体宣布建设一条工艺等级为90-65/55nm的生产线，台积电、联华电子及中芯国际也纷纷指向了28nm产能扩充 。最早是今年3月18日，中芯国际发布公告称公司与深圳市签订合作框架协议，中芯深圳将重点生产28nm及以上的集成电路和提供技术服务，最终实现每月约4万片12吋晶圆产能，预计项目投资金额23.5亿美元（折合152.75亿元人民币） 。
4月份，台积电宣布斥资28.87亿美元（折合187.19亿元人民币）扩充南京台积电28nm产能，预计达到美元4万片的生产规模 。紧接着，联电也召开线上会议，宣布投资约135.3亿元人民币扩充在台南科学园区的12吋厂Fab12的28nm产能 。
这几家宣布扩产的代工厂，都预计将在2022年开始正常生产 。十多年前开发出的28nm工艺制程，在5nm先进制程被广泛用在智能手机上的今天，依然热度不减，甚至引发各个晶圆厂之前新一轮竞争 。
值得注意的是，这次28nm产能的集体扩充，与当下备受关注的缺芯潮并无太大直接联系 。
代工巨头台积电的“转折点”
依然是在摩尔定律的推动下，芯片工艺制程在2010年左右发展到28nm，彼时的半导体公司受金融危机影响元气大伤，很多IDM公司或剥离制造业务或将更多的资源投资到芯片设计中，给晶圆代工厂带来更多发展空间 。
在78岁高龄的张忠谋重回归台积电后，台积电在2011年成为首个量产28nm工艺制程的代工厂 。当时的报道称，台积电推出的第一个版本的是低功耗28nmLP，采用传统的SiON工艺，引入了多晶硅栅和二氧化硅硝酸盐，适合低频环境 。
事实上，工艺制程发展到45nm时，核心面积减少导致单位面积密度增高，漏电问题更加严重，此时传统的二氧化硅栅极介电质工艺遇到瓶颈，也就是台积电所量产的第一代28nm产品，虽然能够缩小芯片面积但并未解决高功耗的问题，因此业界普遍转向了能够降低漏电的HKMG（high-k绝缘层+金属栅极）叠层技术 。
而在选择HKMG晶体管结构上，业界分成两大阵营，一家是以IBM为首的Gate-First工艺流派，其支持者还有英飞凌、NEC、GF、三星和意法半导体等芯片制造技术联盟所属成员 。另一家是以Intel、台积电为代表的Gate-Last工艺流派 。这两种工艺流派各自都有需要攻克的难点，前者的PMOS管门限电压难以控制，后者需要设计环节积极配合修改电路来提升管芯密度 。尽管双方都宣称自己的工艺更适合HKMG晶体管，但未有实际产品出世证明谁更优越 。
率先在2012年攻克了28nm HKMG制程的台积电证明了更少人看好的 Gate-Last更具潜力与优势，推出适用于高频的28nm而后继续向20nm前进 。
硬件 28nm增产竞赛，缺芯只是表面原因
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台积电工艺节点发展历程，图片源自台积电官网
而这一次在HKMG上的选择让台积电大获全胜，营收与获利屡创新高，将彼时最大竞争对手三星、GF远远甩在身后 。在迅速转向28nm的2012年，台积电在第四季度财报会上表示：公司在这一年里实现了创纪录的营收和利润，出货量相比2011年增长了30倍 。
到了2013年，三星、GF以及UMC的28nm HKMG才刚刚导入量产，而台积电则利用先发优势快速抢占客户资源、占领市场，28nm出货量持续攀升，甚至占据了超过80%的细分节点市场份额 。
硬件 28nm增产竞赛，缺芯只是表面原因
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各晶圆厂28nm及以下的量产能力，图片源自OMDIA
虽然摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数目大约每经过18个月便会增加一倍，处理器性能每隔两年翻一倍，但并不意味着工艺节点发展到下一代时，上一代就失去存在的意义，对28nm而言更是如此 。
效益最高、应用广泛的黄金28nm
台积电虽然早在2011年就实现了28nm的量产且一直在开发更加先进的工艺，但28nm却始终是台积电的核心业务，2016年营收占比26%，2017年和2018年占比23%，直到2020年，28nm的营收也依然占总营收的12.67%，仅次于7nm和16nm，需要用到EUV光刻机才能制造的5nm节点营收也只占全年收入的7.72% 。
硬件 28nm增产竞赛，缺芯只是表面原因
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28nm能够支撑台积电核心业务近十年，主要有两个重要原因 。一方面是先进制程中28nm成本效益高，往后需要FinEFT工艺的16/14nm节点，晶圆制造成本将增加至少50%，同时使用寿命比不上28nm节点，更先进的工艺成本更高，只用拥有最大市场的智能手机才能承受如此昂贵成本 。

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