2015年9月24日,赛迪顾问发布了《中国IC28纳米工艺制程发展》白皮书,阐释了全球及中国集成电路产业发展现状,特别对“联合创新”模式进行了可行性分析。
28纳米成IC工艺制程发展关键节点
对于为何选择28纳米技术作为此次研究的重点,赛迪顾问总裁李树翀认为,在IC工艺制程中,28纳米是一个“台阶”式的技术,具有承上启下的特殊意义,也是新技术的关键突变点。
纵观集成电路50年来的发展历程,自发明以来所取得的成功和产品增值主要归功于半导体制造技术的不断进步。白皮书认为综合技术和成本等各方面因素,28纳米都将成为未来很长一段时间内的关键工艺节点。
从工艺角度来看,与40纳米工艺相比,28纳米栅密度更高、晶体管的速度提升了大约50%,而每次开关时的能耗则减小了50%。此外,目前28纳米采用的是193纳米的浸液式方法,当尺寸缩小到22/20纳米时,传统的光刻技术已无能为力,必须采用辅助的两次图形曝光技术(DP)。然而这样会增加掩膜工艺次数,从而致使成本增加和工艺循环周期的扩大。这就造成了20/22纳米无论从设计还是生产成本上一直无法实现很好的控制,其成本约为28纳米工艺成本的1.5-2倍左右。
随着28纳米工艺技术的成熟,28纳米工艺产品市场需求量也呈现出爆发式增长态势:从2012年的91.3万片到2014年的294.5万片,年复合增长率高达79.6%,并且这种高增长态势将持续到2017年。白皮书明确表示,考虑到成本等综合原因,14/16纳米不会迅速成为主流工艺,28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点。考虑到中国物联网应用领域巨大的市场需求,28纳米工艺技术预计在中国将持续更长时间,为6-7年。
联合创新将推动中国IC产业发展
回归到中国市场,在28纳米大方向下,如何进一步从半导体制造领域着手突破、进而实现整个半导体水平的提升?在去年工信部颁布的《国家集成电路产业发展推进纲要》中,主管部门提出了指导性意见,其中包括:以技术创新、模式创新和体制机制创新为动力,充分利用全球资源,推进产业链各环节开放式创新发展,加强国际交流合作,提升在全球产业竞争格局中的地位和影响力。
值得关注的是,工信部多次强调“模式创新”和“加强国际交流合作”。而赛迪发布的白皮书也利用较大篇幅论述晶圆制造厂与IC设计企业联合创新的必要性。白皮书认为传统IDM模式面临巨大挑战,而行业分工模式也存在诸多不足;白皮书经过大量调研认为,联合创新将开启IC产业发展新模式。
所谓IDM,即从设计到制造、封装测试以及投向市场全包的运营方式。其特征是经营范围覆盖IC设计、芯片制造、封装测试,甚至下游终端产品制造。该模式具备内部资源整合能力强、利润高以及技术领先等优势,但白皮书认为其存在明显弊端,主要体现在——生产运营成本高制约技术创新;技术进步难度大;产能和市场难以匹配。
而传统的行业分工模式源于产业的专业化分工。随着分工的逐渐深入,形成了专业的IP(知识产权)核、无生产线的IC设计(Fabless)、晶圆代工(Foundry)及封装测试厂商。模式的最大优点是灵活性强,但劣势也很明显——工艺对接难度加大,延缓产品上市时间;Foundry标准化的工艺研发,不利于满足客户特色需求;各Foundry工艺不统一,增加了Fabless适配难度。
在此背景下,白皮书提出,联合创新将开启IC产业发展新模式。这种模式可在实现分工的基础上合作,达到各环节的有效垂直整合。代工厂不再仅限于产业链中的制造,可以参与到专业芯片的前期设计和后期服务;此外,联合创新模式加快Foundry工艺进步速度,有助突破产业发展瓶颈;这种模式还可提高Fabless工艺适配能力,提升产品性能优化空间。
白皮书称,从集成电路行业发展来看,新工艺与新材料的引入需要设计企业与制造企业紧密合作,需要IC设计企业对工艺、器件有深入的理解。让IC设计企业加入到工艺研发过程中,可以结合工艺进行设计优化,提高Fabless的工艺适配能力,提升产品性能的优化空间,从而确保设计的产品在性能方面获得优势,也能有效降低风险。
白皮书中特别提及了“中高联合创新模式”,认为Qualcomm(美国高通)和中国内地最大的Foundry厂商中芯国际的合作具有典型意义和示范作用。
2014年高通与中芯国际宣布了将双方的长期合作拓展至28纳米晶圆制造。中芯国际藉此成为中国内地第一家在最先进工艺节点上生产高性能、低功耗手机处理器的晶圆代工企业。
赛迪顾问总裁李树翀分析认为,作为双方28纳米制程工艺合作的一部分,高通拥有众多关于半导体工艺和设计的领先技术,可为中芯国际提出实际的产品需求,这对帮助中芯国际利用、改进和完善其生产能力,打造出高良品率、高精确度的世界级商用产品至关重要。同时,协同技术创新也有利于中芯国际建立世界级的28纳米工艺设计包(PDK),可以帮助高通以外的其它设计企业对中芯国际28纳米工艺树立信心。
双方合作仅仅一年多时间,中芯国际28纳米芯片组已实现商用;而就在本月,中芯国际、国家集成电路产业投资基金股份有限公司和高通宣布达成向中芯长电半导体有限公司投资的意向并签署投资意向书,投资总额为2.8亿美元。如本轮拟进行的投资一旦完成,将帮助中芯长电加快中国第一条12英寸凸块生产线的建设进度,从而扩大生产规模,提升先进制造能力,并完善中国整体芯片加工产业链。
从高通角度,业内人士普遍认为,其也将从“中高联合创新模式”中获得巨大裨益。与中芯国际深度合作,使高通增加了一个28纳米生产合作伙伴,该模式也可帮助高通更接近中国市场客户,更好地满足中国市场及客户的需求;而当下,中国物联网市场也正孕育巨大市场机会,高通曾在多个场合强调其技术正试图“拓展互联网边界”,业界认为与中芯国际等国内企业的合作,对于高通抓住和实现未来万物互联的机遇至关重要。
(来源:CCTIME)