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一、 从当前市场和芯片技术发展的态势来看

日期:2019-02-10 17:03

  近日,以士兰微厦门12吋芯片生产线暨先进化合物半导体生产线的开工典礼为契机,厦门(海沧)集成电路产业发展研讨会在海沧举行。

  研讨会上,士兰微董事长陈向东发表了以《多产业形态的芯片发展模式》为主题的演讲。

  陈向东表示,半导体集成电路技术的持续进步已经推动人类进入了信息化社会。因为集成电路在信息采集、传输、存储、处理等各个环节承担了关键的角色,而且集成电路是一个基础的零部件,所有的软件和硬件都集成在集成电路的基础之上。

  另外,集成电路的发展推动了各种能量、形态的转换。陈向东认为,信息和能源是人类社会发展最重要的两个方面,集成电路在推动信息产业发展的同时也推动了能量的转换。从光伏发电、风能发电、半导体照明到充电器等都有大量的集成电路芯片,可以说只要是有电的地方,几乎就一定有集成电路的身影,集成电路与我们的社会生活各方面已经如影随行。

  陈向东表示,为提高生产效率,硅片的尺寸不斯增加,大约在1973年晶圆厂开始导入3吋硅片,4吋硅片的导入在1979年,然后经过了5吋、6吋一直发展到当前主流的晶圆尺寸8吋和12吋;当前,国际上已进行18吋设备技术的研发,但尚未建成引导线。由于研发时长、开发成本等原因,18吋线的建设已经无限期推迟。

  陈向东认为,集成电路产业发展有两个技术方向,一是沿着摩尔定律,芯片里的晶体管不断做小,实现更高密度的技术。从130nm到最新的7nm工艺,晶体管的集成度越来越高,成本大幅度下降,芯片也价格不断降低。以CPU为例,1美元的价格从买一个晶体管开始,到现在1美元已经能买到1亿个晶体管。

  另一个方向是非摩尔定律产品:器件特征多样化,信息的处理需要靠芯片,能源的转换就需要功率半导体,士兰微称之为特色工艺。特色工艺追求的不完全是器件的缩小,而是根据不同的物理特性,做出不同的产品,比如射频器件、模拟器件、无源器件、高压功率半导体、传感器等沿着另一个轨道发展。

  此外,还有第三个轨道:SoC和SIP的结合,利用特种的封装进行高密度的组装做出更高价值产品,士兰微称之为先进系统的组装工艺。

  集成电路是上世纪50年代末至60年代初期,由美国的大公司在硅谷开始发展起来的,最早的集成电路企业有两类以IBM、西门子、东芝为代表综合型的系统产品公司和以英特尔为代表专业的半导体产品公司。

  陈向东称,半导体产品公司形式演变是在上世纪八十年代末出现芯片代工模式,随后孵化出轻资产的设计公司,和上世妃九十年代末,综合型的系统产品公司剥离半导体业务造成的。因此才产生专业的芯片制造代工企业、专业的封装、测试代工企业、芯片产品公司、IP服务公司、芯片设计服务公司等多种形式的半导体公司。

  陈向东认为,芯片代工一定是未来集成电路发展的主流模式,摩尔定律推动了持续的芯片高密度集成,芯片制造需要高精度的装备、高强度的投入以及高难度的工艺研发,这就促使专业的芯片代工厂出现。

  由于高成本的研发投入,能够持续跟踪摩尔定律的芯片制造企业将会越来越少。最近,联电宣布放弃12nm以下制程,GF也宣布放弃7nm及后续制程研发。

  芯片代工模式的持续发展的另一个动力是数字芯片设计方法的进化,IP的重用和软件工程的形态推动了设计业的独立发展。

  除了追求高密度的工艺之外,特色工艺是集成电路技术的另一个发展方向。特色工艺半导体产品是指利用半导体材料的各种物理特性所制作的各种功率半导体、PC蛋蛋官网射频器件、传感器等。这类产品比拼的不完全是工艺线宽,而是各种器件的构造。

  陈向东表示,特色工艺的半导体产品(高压电路、MEMS传感器、射频电路和器件等)的研发是一项综合性的技术活动,涉及到工艺研发与产品没计研发的多个环节,IDM模式的企业结构有利于该类技术的深度研发和优产品群的形成。

  以高压工艺为例,只有系统地持之以恒地进行工艺平台建设;器件结构研究、模型参数提取、设计环境建设;线路架构设计、验证;应用系统研究;封装技术研究以及质量评价体系方面的研究工作,才能建立不断进步的高压工艺研发体系。

  陈向东指出,现阶段超越摩尔定律的产品市场基本上都由美、日、欧发达国家的IDM结构形态的公司所占有,目前在中国大陆和台湾地区,很少有竞争力的超越摩尔定律的产品。由此也在某种程度上说明了这一类产品设计与工艺的相关性以及产业的发展形态。

  从目前市场的发展来看,跑在前面的公司优势还非常明显,无论从产品的技术性能、品牌口碑和市场占有率来看,要很快打破这个格局还不容易。持续的市场应用新需求、长期稳健的研发投入、公司的并购推动了国际上顶尖的IDM公司的不断发展。

  陈向东认为,当前硅片尺寸的稳定(到12吋甚本上停下来了)、建线的成本降低、摩尔定律的逐渐失效,产业人士意识到到纯代工模式的一些弊端、发表建立IDM企业(或虚IDM企业)的呼声以及国内的产业政策支持都有利于设计制造体企业成长。

  2003年,士兰微电子的第一条芯片生产线投入运行之后,士兰微的组织结构转型为IDM的模式,加强芯片设计能力的同吋,也强化了芯片生产线的硬件设施和工艺研发投入。

  现阶段,士兰微电子的5英吋和6英吋两条芯片生产线运行效果较好,其产出规模和工艺门类在国内同等尺寸产线中跑在前列。

  在国家集成电路产业大基金的支持下,2017年3月士兰8吋的芯片生产线片。

  在厦门海沧区政府的大力支持下,2017年12月18日,士兰微电子与厦门半导体投资公司签订了总投资220亿元的两个项目;在厦门规划建设两条12吋90~65nm的特色工艺芯片生产线吋兼容先进化合物半导体器件生产线。

  为了配合特色工艺产品的研发,士兰微电子还建设了功率器件、功率模块、MEMS的封装生产线。成都士兰集佳科技有限公司定位于IPM模块、功率半导体器件、MEMS传感等产品的封装,当前已建成了300万只/月IPM模块、5000万只/月功率器件以及2000万只/月MEMS传感器的封装产能。

  陈向东表示,近十年来,士兰微电子在高压电源电路、MEMS传感器、电力电子器件在内的产品技术领域走特色工艺和产品技术紧密互动的模式,已具备了持续的工艺技术和器件结构开发能力,已能做到特色工艺技术和产品技术的持续进步。

  士兰微的主要产品智能功率模块(IPM)、IGBT功率模块、分立器件产品、MEMS传感器。

  一、 从当前市场和芯片技术发展的态势来看,中国大陆有机会成长出几家规模较大的IDM模式的集成电路企业 。

  二、IDM模式运行的企业由于有较重的资产,芯片生产线的建设、运行、工艺技术研发都要投入较多的资金,需要国家和地方政府相关政策的支持,需要金融资本的帮助。

  三、受产业周期性景气度的影响,作为重资产的以IDM模式运行的企业也会有一定的风险,因此需要特别关注运行成本的控制。

  四、企业运行需要有非常明确的战略定位,技术、产品和市场依旧是IDM模式运行企业关注的重点。

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