工业和信息化部主管 中国电子报社主办
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半导体

挑战加剧 代工厂出招应考先进工艺

摩尔定律遇到瓶颈、先进工艺投资如同“无底洞”,代工厂在先进工艺的巨大投入与回报之间如何取舍,在性能、成本、尺寸之间如何权衡,选择哪一种道路持续精进,或许未来的格局就在今时的选择埋下伏笔。大陆代工厂在国际上地位微妙,如何在市场利益和产业利益之间保持平衡,如何在赢利和持续投入之间保持平衡,在2013ICCAD上,多位业界大佬给出自己的答案。

TSMC中国业务发展副总经理罗镇球

与国内IC设计业一起做大做强做实

中国大陆有五六百家IC设计公司,但现在芯片整合度不断提高,从供应商角度看,未来IC设计公司数量的增速放缓是比较合适的。

今年是台积电(TSMC)28nm大批量生产的第三年,从今年第三季度营收状态来看,28nm节点的营收占了总营收32%%,预计今年28nm节点总营收将是去年的3倍以上。在28nm以下先进工艺方面,到目前为止,我们已经赢得客户5个20nm的产品,预计在明年20nm节点将会大批量生产,16nm的开发进度按照预定规划进行,导入时间会在 20nm之后一年。

无论是成熟工艺或是衍生性工艺,TSMC都在持续不断地推出一些新的工艺。今年资本支出约在97亿美元左右,明年的资本支出也会保持在这一水平。从2010年起算到2013年,4年间我们已经投资了300亿美元以上。今年的产能会比去年提高11%%,12英寸的产能成长率约为17%%。

从市场驱动力来看,最大的动力来自移动智能终端市场的增长。手机从功能型手机到单核智能手机,再到功能越来越强大的多模多核智能手机发展,还有各类平板电脑,再加上正在兴起的穿戴式设备,IC应用越来越贴近消费者,每人都会携带几个与IC相关的终端产品。未来云计算、物联网、穿戴式设备等都是产业亮点。

TSMC最重要的责任是把Foundry的市场做大,全球用Foundry模式生产的IC越来越多。TSMC最引以为傲的就是我们纯粹只做代工,绝对不跟客户竞争,这是我们取得客户信任的根本。

有分析说到了28nm以后,20nm和14nm的加工成本非但不下降,反而会上升。其实半导体先进工艺成长快的动力不止是成本上的降低,功耗降低、性能提升在移动计算产品上尤其重要,事实上每一个产品应是成本、功耗、性能的加权,我们在这三个方面都会努力。FinFET概念已经出来很多年了,到现在才实现了批量化,相信未来FinFET工艺会是未来的主流。

中国大陆IC设计业目前还处于追赶的阶段,我觉得一般人批评的产品模仿只是一个产业学习过程,以模仿当起点无可厚非,但之后要有所创新。如同学习书法,要先把颜真卿、赵孟頫的字拿出来练一练,之后还要加入自己的风格写。如果公司成立的宗旨就是临摹,那就会非常被动。

在工艺的选择上,每个公司设计产品时,用什么工艺,用哪几个选项是自己的选择,选择贵的工艺毛利就低一点,选择便宜的工艺毛利就高一点。如果能做到成本低,净利率高的话,当然是最好;可是如果毛利率比较低,那就必须在成本控制上多下点工夫,务必要维持合理的净利率,毕竟能靠产品在市场上赚钱的公司,才有可能吸引人才,永续发展。

中国大陆有五六百家Fabless厂商,但现在芯片整合度不断提高,从一个供应商的角度来看,未来中国IC设计公司数量的增速放缓是比较合适的。先进的16nm或者20nm节点进入的门槛是很高的,所以客户和代工厂对未来产能的预估与规划都非常慎重。过去10年,我们在中国大陆的客户极少会拿不到产能,未来也会如此。只要是中国大陆客户的需求,TSMC一直是全力满足。TSMC产能大,利用率高,如果客户订单多的话,我们会与客户协商提前下订单,这样工厂在排期的时候会更充裕,进而使实际产出高于原订产能规划,让客户更满意。

上海华力微电子有限公司副总裁舒奇

更好推进下一代先进工艺研发及量产

中国IC设计公司进步明显,部分龙头企业的产品已进入28nm及以下工艺。但高额研发及流片成本注定只有少数企业可进入该领域。

上海华力微电子承担国家“909”工程升级改造项目,2008年规划的是“90nm、65nm、45nm”,等到审批流程走完已到了2010年,那时90nm已经逐渐在淘汰。因此董事会包括高层管理人员通过规划,决定直接从55nm工艺节点起步,然后进入40nm。做出这样规划上的调整,是基于我们对未来回报的考量,我们的FAB设计产能是3.5万片,如何将这些产能更多地分配到先进工艺当中,将对未来的投资回报带来重要的影响。

在这样的规划下,目前华力微电子已拥有了一座先进的12英寸晶圆制造厂房,2011年4月首批55nm工艺产品开始流片,目前已经完成2万片工艺设备的安装调试,2012年已开始量产55nm低功耗工艺芯片。

华力微电子目前的工艺布局主要包括55nm、40nm及以下的逻辑、高压及特殊应用工艺。目前华力微电子客户的芯片主要应用于移动终端和消费电子产品领域,如手机、平板计算机和智能电视等。作为Foundry,我们始终关注着客户的工艺步伐,我们注意到“十二五”期间中国IC设计公司进步明显,部分龙头企业的产品已进入28nm及以下工艺。当然28nm所带来的高额研发及流片成本也注定只有少数企业可以进入该领域。在此市场格局之下,华力积极地调整市场策略,在满足现有大多数客户55nm和40nm产品需求的前提下,有计划地开展28nm前期研发,力争与我们的客户特别是中国IC设计企业一起跟随市场的脚步。

目前我们在比较成熟的55nm工艺上已获得了一些全球知名的IC设计公司的订单。这些成果主要建立在华力与客户之间的早期接触与沟通上,充分发挥晶圆代工企业的客户服务特性,利用好现有的全自动生产线及设备机台,通过快速提升制造水平和良率来满足客户的产品需求。我们将沿着这样的建厂思路走下去,将成功经验和所碰到的困难及时总结,更好地推进下一代先进工艺的研发及量产。

在提升工艺制造水平的同时,华力微电子清楚地认识到IP在现代集成电路产业中的重要性。目前华力微电子除了自己开发一些基础IP之外,主要通过与客户及第三方IP合作伙伴共同协作的方式提供IP解决方案。尤其是在工艺研发的早期,及时同步进入相关产品的IP布局已经成为帮助代工厂及早量产和客户产品及时投放市场的关键。

我觉得集成电路产业是具有国家战略高度的产业,华力微电子从建厂伊始就有自己清晰的定位,虽然集成电路代工产业有很多传统的先进企业,但华力将本着自己的使命坚定地在这个行业耕耘下去。

新思科技(Synopsys)公司总裁兼联合首席执行官陈志宽博士

将IC设计做好做快做便宜

EDA行业为了20nm、16nm和14nm的总研发费用可能会达到12亿美元~16亿美元。我们的目标就是帮客户将IC设计做好、做快、做便宜。

在过去几年中,全球半导体产业发生了巨大变化,出现三个新的发展趋势,包括引入最佳商业模式加速创新、先进工艺技术节点推动产业合作和协调以及应用的多样化创造新的发展机会。

随着全球半导体产业的发展,独有的、有效的商业模式也成为促进创新速度不断加快的重要因素,英特尔、三星、台积电和高通等四家最大半导体公司都以自己独特的商业模式,在全球半导体产业扮演着不同领导角色;同时,许多公司也在通过收购兼并等方式借助产业整合来实现跨越发展,而包括中国在内的亚太区半导体产业也因围绕移动应用获得了巨大的发展。

新思去年收购一家SoC验证仿真加速平台领先供应商EVE公司,提升了新思硬件加速器技术水平。并且,还收购了IC设计和验证EDA软件厂商SpringSoft,目前整合进展顺利。同时,作为全球第二大IP供应商,新思科技将继续加大在IP领域的投入,最终将会以更全面的、更强大的产业资源支持采用不同商业模式的IC企业加速创新。

随着工艺向下延伸,又面临多种新的挑战,需要IC产业生态圈内不同部分的协作共赢。在设计和验证领域,我们所遇到的问题都十分棘手,设计一个芯片的成本正接近其制造成本的两倍。在现有的IC设计流程中,不同的团队负责设计流程各个阶段的工作,如有的负责仿真,有的负责验证,有的负责调试,这容易造成低效率和长的设计周期。一个芯片从设计到生产出来,先是前端逻辑设计,就跟盖房子画蓝图一样,然后是后端物理实现,最后是生产阶段。如SoC芯片从一开始到最后流片,以24个月计算,通常前面大概6个月花在前端逻辑设计方面,接下来到物理实现可能需要3~4个月,而有可能超过9~12个月时间是花在验证环节上。

验证和嵌入式软件是推升设计总成本的两大因素,其中验证目前约占硬件开发总成本的一半。而调试则是验证过程中最耗时的步骤,通常会占据整个设计周期将近一半的时间。以往调试是在芯片逻辑设计之时或物理实现之时进行,我们的目标是从一开始就开始调试,我们将加强创新,计划提供具有更高自动化水平的全定制实现工具,从逻辑设计到物理实现相应的功能在一个平台上就可实现。

FinFET技术是电子行业的下一代前沿技术,虽然该技术具有巨大的优势,但也带来了一些新的设计挑战,它的成功需要大量的研发和整个半导体设计生态系统的深层次合作。EDA产业在研发上花费了大量的钱,以解决高级节点上设计的挑战。事实上,有数字显示,EDA行业为了20nm、16nm和14nm的总研发费用可能会达到12亿美元~16亿美元。我们的目标就是帮客户做三件事情,就是怎么将IC设计做好、做快、做便宜。

为了帮助IC设计产业更有效地解决上述各种问题,新思科技也拓宽了与产业界的合作。如新思科技与中芯国际合作,针对后者的40nm工艺优化了15种DesignWare IP产品。针对下一代技术节点,新思科技与三星电子实现了首个14nm的FinFET流片;与GLOBALFOUNDRY合作建立了针对该晶圆代工厂14nm-XM FinFET全面的设计环境;同时新思科技也获得了台积电16nm FinFET的数字和客制化设计认证,新思科技的设计实现解决方案被台积电纳入到其16nm FinFET参考设计流程。与此同时,新思科技与ARM展开了广泛的合作,为采用ARM处理器的SoC设计提供了优化的设计流程和参考方案。

展望未来,各种全新的应用为全球IC设计产业、EDA工具和IP产业带来了新的发展机会。通信、PC和平板电脑等产品继续推动着IC产业的发展,新的应用如可穿戴电子、新一代汽车电子等等都将创造新的机会。新思2012年整体营收是17亿美元,今年预计应能达到19亿美元。其中IP业务的营收约在三四亿美元,这对我们是较大的收益,我们会继续投入下去。

联华电子股份有限公司亚洲销售副总经理王国雍

移动通信IC制程广度和深度要到位

移动通信IC需要代工厂提供足够广度、深度的制程,才有办法服务于不同的应用。以前很多产品只需要一两种制程,但现在差异性非常大。

中国大陆移动通信市场发展很快,随着智能手机发展,IC业迈入整合阶段,不只是服务和内容要整合,IC也要整合。开发AP和RF的厂商有优势,可以把周边IC整合,提供平台服务。但是有几大芯片基本上不太能整合,比如触控IC、图像传感器等,这也为中国大陆本土设计公司造就了很多IC的机会,一些公司表现也非常出色。

市场表现跟三个因素有关:一是地缘优势。当初我国台湾IC业发展起来是由PC业带动起来的,而中国大陆IC市场与移动智能终端市场发展关联很大,如果没有终端系统的带动,会比较难培养相应的芯片公司。二是经营模式。我们切入市场要跟国外公司竞争,就要有不一样的做法。我们要具备快速切入这一市场的能力,基本上要抢市场,等到规模做大以后,再将与管理相关的考量体系建立起来。三是技术能力。技术能力只要一到位,并具备前两者条件的话,中国大陆IC公司就可以在市场上占据一席之地。

移动通信IC需要代工厂提供制程的广度、深度要足够,才有办法服务于不同的应用。从整体来说,以前很多系统产品只需要一两种制程就可以了,但现在制程差异性是非常大的,在这方面需要产业链上下游共襄盛举。我们也在着力拓展中国大陆市场,2013年预计联电(UMC)的中国大陆客户成长率将达80%%。

从工艺发展历程来看,分别存在长周期工艺节点和短周期工艺节点,比如说180nm,180nm往下走应该是150nm,但其停留的时间很短,很快就到130nm节点了,这是长周期节点。而其往下的110nm节点周期很短,很快进入到了90nm,接着是65nm、40nm。为什么联电40nm营收只占20%%?因为这是短节点周期。现在业界对于20nm节点很少谈论,因为在成本上的优势基本上28nm就体现出现了,有些厂商会直接跳到16nm或14nm。联电也会跳过此一制程节点,集中火力抢攻14nm FinFET技术,并将同步启动10nm FinFET研究计划。

在先进工艺开发方面,联电也在不断加速。目前联电的28nm工艺进展顺利,今年年底到明年年初会陆续投入量产。明年将会提高量产规模,28nm节点在联电成长动能中也将扮演关键角色。在28nm工艺以下,联电前不久加入IBM技术开发联盟,共同参与10nm CMOS工艺的开发。事实上在2012年双方曾就14nm FinFET工艺的开发达成合作。联电将导入IBM的FinFET基础制程平台与材料科技,同时根据客户需求自行开发衍生性的量产方案。今年规划的15亿美元资本支出中,亦将投入2/3用于28nm以下制程。14nm节点预计在2014年第三季度可流片,10nm节点应该是在2015年年底或是2016年年初提供。

UMC的规模与竞争对手相比还存在一定距离。我们要走自己的路,先进制程的部分为什么跟IBM合作?因为我们要加速。但是我们也注重永续经营的节点。要赚钱其实不难,不投资就马上赚了,而且大赚。但需要一面可以继续赚钱,一面赚了钱投资,这种模式会比较健康。我们会把底子弄好,让整体财务非常健康,可以对股东交待,让企业可以永续经营,回馈就是可继续投资开发先进制程。

责任编辑:张汝娟


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