28 奈米增產競賽，缺晶片只是表面、適用性高才是主因

近幾個月，晶圓代工廠相繼宣佈擴充產能，華虹半導體宣布建設一條等級為 90~65 / 55 奈米的生產線，台積電、聯華電子及中芯國際也紛紛指向 28 奈米產能擴充。

最早是今年3月18日，中芯國際公告稱與深圳市簽訂合作框架協定，中芯深圳將重點生產 28 奈米以上積體電路和提供技術服務，最終達成每月約 4 萬片 12 吋晶圓產能，預計專案投資金額 23.5 億美元。

4 月台積電宣佈斥資 28.87 億美元擴充南京台積電 28 奈米產能，預計達每月 4 萬片。接著聯電也召開線上會議，宣布投資約 135.3 億元人民幣擴充在台南科學園區的 12 吋廠 Fab12 的 28 奈米產能。

這幾家宣佈擴產的代工廠，都預計將在 2022 年開始正常生產。十多年前開發的 28 奈米製程，在 5 奈米先進製程廣泛用於智慧手機的今天，依然熱度不減，甚至引發各晶圓廠新一輪競爭。這次 28 奈米集體擴產，與備受關注的缺晶片潮並無太大關聯。

代工巨頭台積電的轉捩點

依然是摩爾定律推動下，晶片製程 2010 年左右發展到 28 奈米，彼時半導體公司受金融危機影響元氣大傷，很多IDM 公司或剝離製造業務或將更多的資源投資晶片設計，為晶圓代工廠帶來更多發展空間。

78 歲高齡的張忠謀回歸台積電後，台積電 2011 年成為首個量產 28 奈米製程的代工廠。當時報導稱，台積電第一版是低功耗 28 奈米 LP，採用傳統 SiON 製程，引入多晶矽柵和二氧化矽硝酸鹽，適合低頻環境。

製程發展到 45 奈米時，核心面積減少導致單位面積密度增高，漏電問題更嚴重，此時傳統二氧化矽柵極介電質製程遇到瓶頸，也就是台積電量產的第一代 28 奈米產品，雖然能縮小晶元面積但並未解決高功耗的問題，因此業界普遍轉向能降低漏電的 HKMG（high-k絕緣層＋金屬柵極）疊層技術。

選擇 HKMG 電晶體結構，業界分成兩大陣營，一家是以 IBM 為首的 Gate-First 製程流派，支援者還有英飛淩、NEC、GF、三星和意法半導體等晶片製造技術聯盟所屬成員。另一家是以英特爾、台積電為代表的 Gate-Last 製程流派。這兩種流派各自都有難點，前者 PMOS 管門限電壓難以控制，後者需要設計環節積極配合修改電路提升密度。儘管雙方都宣稱自己更適合 HKMG 電晶體，但未有實際產品出世證明誰更優越。

率先 2012 年攻克 28 奈米 HKMG 製程的台積電證明白更少人看好的 Gate-Last 更具潛力與優勢，推出適用高頻的 28 奈米而後繼續向20奈米前進。

▲ 台積電製程節點發展歷程。（Source：台積電）

這次 HKMG 的選擇讓台積電大獲全勝，營收與獲利屢創新高，將最大競爭對手三星、GF 遠遠甩在身後。迅速轉向 28 奈米的 2012 年，台積電第四季財報會議表示：公司這一年達成創紀錄營收和利潤，出貨量比 2011 年成長 30 倍。

到了 2013 年，三星、GF 及 UMC 的 28 奈米 HKMG 才剛導入量產，台積電則利用先發優勢快速搶占客戶資源、佔領市場，28 奈米出貨量持續攀升，甚至佔據超過 80% 細分節點市佔。

▲ 各晶圓廠 28 奈米以下量產能力。（Source：OMDIA）

雖然摩爾定律指出，積體電路上可容納的晶體管數目約每過 18 個月便會增加一倍，處理器性能每隔兩年翻一倍，但並不意味著製程節點發展到下一代時，上一代就失去存在意義，對 28 奈米而言更是如此。

效益最高、應用廣泛的黃金 28 奈米

台積電雖然早在 2011 年就達成 28 奈米量產且一直開發更先進製程，但 28 奈米卻始終是台積電的核心業務，2016 年營收佔比 26%，2017 年和 2018 年佔比23%，直到 2020 年，28奈米營收也依然佔總營收 12.67%，僅次 7 和 16 奈米，需要用到 EUV 光刻機才能製造的 5 奈米節點營收也只佔全年收入 7.72%。

▲ 2020 年台積電收入比例。

28 奈米能支撐台積電核心業務近十年，主要有兩個重要原因。一方面是先進製程中 28 奈米成本效益高，往後需要 FinEFT 製程的16 / 14 奈米節點，晶圓製造成本將增加至少 50%，同時使用壽命比不上 28 奈米，更先進製程成本更高，只用擁有最大市場的智慧手機才能承受如此昂貴成本。

另一方面，隨著 28 奈米成熟，市場需求呈爆炸性成長，從最開始應用在手機處理器和基頻，到後來在 OOT 機上盒和智慧電視等更廣泛的應用領域。隨著個人積體電路時代到來及物聯網、5G 等技術演進，無論改善手機螢幕的 OLED 驅動 IC，還是滿足物聯網設備的各種連接晶片，還是混合計算中心、無線基地台及自駕車等專有領域的 FPGA，高性能低功耗的 28 奈米都是理想選擇。

放眼全球，據 TrendForce 調查研究，2020 年 28 奈米以上製程產品線更廣泛，包括 CMOS 圖像感測器、小尺寸面板驅動 IC、射頻元件、電視系統單晶片、Wi-Fi 及藍牙晶元等眾多需求增長，28 奈米訂單持續爆滿。

還有一個重要原因是，儘管客戶更願意使用更成熟的製程和更低的成本製造，但 8 吋晶圓廠隨著設備折舊而數量大幅下降，即 200 奈米晶圓利用率升高且產能增長緩慢，因此原本能用更成熟製程的電子產品也被迫往 28 奈米遷移。