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艰难之后,2020年半导体产业期待复苏

时间:2020-01-01 作者:刘于苇 阅读:
2019年,动荡的全球贸易局势为半导体市场蒙上了一层阴影。不过值得庆幸的是5G、AI、云计算、大数据和物联网等新兴技术持续保持高速发展,让半导体产业进入继个人电脑和智能手机后的下一个发展周期。
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2020技术趋势之:特色工艺

台积电在2019年末频频曝出7纳米产能满载、16纳米交货延迟等消息,英特尔也因为产能原因导致供应短缺,不得不对外道歉。可以看出,无论嵌入式存储、功率半导体还是射频CMOS器件,先进工艺都起到决定性的推动作用。c4REETC-电子工程专辑

作为国内晶圆代工企业的代表,华虹宏力介绍了其特色工艺平台上的制造新技术。以嵌入式存储为例,其专利技术NORD FLASH可通过创新结构,在55纳米节点实现闪存单元面积仅是市面其它方案的一半。在功率半导体方面,华虹宏力则是“业内首个拥有深沟槽超级结(DT-SJ)MOSFET的8英寸代工厂,第三代深沟槽超级结工艺流程紧凑,且成功开发出沟槽栅的新型结构,有效地降低了结电阻,进一步缩小了元胞面积(cell pitch)。”孔蔚然表示。c4REETC-电子工程专辑

在存储器制造工艺上,何卫也认为逻辑电路工艺和存储器工艺不能完全兼容。他表示,如今的逻辑电路采用的FinFET工艺已经在10纳米以下节点稳定量产,而NOR Flash所采用的floating gate工艺还在40纳米以上节点,所以NOR Flash难以完全集成到逻辑电路里面去。因此随着市场需求的提高,以及工艺的不断演进,以MRAM为代表的新型存储器也逐渐浮现。c4REETC-电子工程专辑

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何卫介绍到,MRAM(磁阻式随机存取储存器)是一种非挥发性存储器技术,具有在电源出现掉电的情况时,存储器中的资料也并不会消失的特点。MRAM拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力,以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度,基本上可以无限次地重复写入。RRAM(可变电阻式存储器)与MRAM一样是非挥发性存储器,与NAND产品相比,它的功耗更低,而且读写速度相比于NAND更有优势。这两项技术都具有NAND的非易失性,处理器运算完成的数据可以直接存储起来,无需再通过CPU将数据存放到NAND存储器中,这样可以加快运算速度,减少能耗,这也是一个未来存储器发展的方向。c4REETC-电子工程专辑

在5G全面商用的浪潮下,核心5G射频工艺需要精准的PSP-SOI模型,便于优化射频前端模组及天线开关的设计。孔蔚然表示:“华虹宏力已为迎接全球5G到来做好准备。0.2微米RF-SOI工艺已批量生产,0.13微米RF-SOI 1.2V/2.5V工艺平台将更好地支持 Switch + LNA 的集成,并基于此继续布局55纳米节点。创新的锗硅HBT结构可帮助客户在降低芯片成本的同时优化射频性能。”c4REETC-电子工程专辑

应用领域与工艺结合创新的还有瑞萨,他们的 SOTB 工艺基于 SOI(硅基绝缘体)晶圆,针对物联网设备本身对于低功耗、可扩展性与高可靠性的需求,SOTB 可以极大地降低工作和待机电流。“在较大尺寸半导体工艺节点下,SOTB 具有低漏电流的优势,在较小尺寸半导体工艺节点下具有高性能和低工作电流等优势。”真冈朋光说到,“SOTB 实现了约1/10的传统低功耗MCU器件的功率损耗,并且不需要以牺牲性能为代价。与不使用 SOTB 的 MCU 相比,SOTB 使低、中和高端 MCU 器件的性能得以扩展,同时保持低功耗特性。”c4REETC-电子工程专辑

服务和模式上的创新

在集成电路产业的快速发展期,智能物联网、人工智能、5G等新兴产业的涌现推动着先进工艺节点如FD-SOI、FinFET的快速发展,同时也驱使着芯片设计产业的快速升级。产业升级所带来成本、风险和设计难度等的提升,促使产业链按专业来分工细化,推动了轻设计(Design-Lite)产业模式的发展。c4REETC-电子工程专辑

戴伟民认为,先进工艺节点在提高芯片单位面积性能、降低单位成本的同时,也提升了芯片的设计成本和设计风险。高成本、高风险的设计投入使芯片设计公司在研发先进工艺节点的芯片产品时,需要有大规模的产销量支撑来平摊生产成本。c4REETC-电子工程专辑

“芯片设计公司面临生产制造协同能力以及运营和市场管理能力的更高挑战,其设计工程师也将需要具备更多更广的专业技能、先进且扎实的设计实施能力。由于具备上述完备能力的企业较少,为降低设计风险和成本,芯片设计公司越来越多地寻求专业化的一站式芯片定制服务和使用经过验证的半导体IP。”他说到,“芯原的主要经营模式为芯片设计平台即服务(Silicon Platform as a Service,SiPaaS)模式。SiPaaS模式是指基于公司自主半导体IP搭建的技术平台,为客户提供一站式芯片定制服务和半导体IP授权的一种商业模式。芯原采用SiPaaS模式符合集成电路产业轻设计模式的发展趋势。”c4REETC-电子工程专辑

近几年,全球排名前十的芯片设计公司的研发费用占营业收入比例大多维持在20%-30%。随着集成电路设计成本和难度不断加大,要求企业具有更高的利润以支撑研发。戴伟民认为,轻设计的模式可大幅降低芯片设计公司的运营成本,使其得以专注于自身核心竞争力的发展,如市场需求挖掘、产品定义、差异化实现、精准营销等。c4REETC-电子工程专辑

Achronix同样谈到了避免与巨头们直接拼研发支出的做法。Bob Siller 表示:“Achronix、英特尔和赛灵思是仅有的三家采用最新一代半导体工艺技术的高端FPGA器件公司。因此,尽管我们无法与他们的规模和支出相匹配,但我们利用灵活性、专注度和产品差异化等手段弥补了这一点。” Achronix表示在为一些目标市场开发解决方案时,由于不受传统架构的束缚,他们可以开发和采用全新的创新,例如Speedster7t片上的网络和机器学习处理器,这些创新使他们在与大型竞争对手的比较中更具差异化。c4REETC-电子工程专辑

余凯表示,软硬结合是技术发展趋势的必然。在摩尔定律已经失效的当下,新摩尔定律的大门打开,软件与硬件叠加才能为客户提供高性价比和易被继承的产品。他表示:“地平线只造武器不打仗,还能够为客户提供友好的开发工具及参考样例、先进的计算架构、前沿的算法支持和优质的服务,快速满足不同客户的需求,打造良好的生态基础平台。”c4REETC-电子工程专辑

刘国军认为,随着诸如IMG A系列GPU的推出,业界曾经流行过一时的CPU+GPU捆绑销售模式将被进一步打破,中国的SoC设计企业有望以领先的性能和创新的技术引领同侪。此外,Imagination将进一步扩展在中国的研发体系建设,拓宽其在移动GPU等领域大学计划的合作范围,以更加本地化的模式来支持中国电子信息产业的创新。c4REETC-电子工程专辑

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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