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中國半導體產業憑何“彎道超車”?

中國半導體產業憑何“彎道超車”?

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  文/孫永傑

  提及中國的半導體產業,儘管我們在追趕中取得了不小的成績,但若將我們的投入與目前在市場中的影響力相比,顯然不能算成功,而從當下全球半導體產業的發展趨勢看,競爭愈演愈烈,退出、兼并和整合之勢越發明顯,AMD的隕落;德儀、愛立信和英偉達在移動芯片市場的無奈退出,預示着未來半導體產業的勝者將更多依賴企業自身龐大的資金實力和持續不斷的投入,這種現實之下,中國半導體產業要逆勢成長,甚至像業內所言的“彎道超車”談何容易。那麼問題來了,中國半導體產業真的還有機會嗎?

  日前,賽迪顧問發布的《中國IC 28納米工藝製程發展》白皮書針對中國半導體企業現狀和企業特點,首次提出了聯合創新發展模式和將28納米技術節點作為中國半導體產業“彎道超車”的策略。那麼這種策略真的能給中國半導體產業帶來“彎道超車”的機會嗎?理由何在?

  眾所周知,技術含量頗高的半導體產業,如何切入,或者說切入點和趕超點的選擇至關重要。如果過於超前,一來技術水平難度和風險過大,很可能無功而返;其次是從市場需求的角度看,也不足以實現市場化的支撐力,導致有技術無市場或市場相對較小而造成的空白期。相反,如果過於落後,不僅與全球半導體產業水平的差距越來越大,造成資源的無端浪費,同樣也背離了市場的主流需求。

  在此,我們不得不提或者參照ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors國際半導體技術藍圖)技術節點的概念。該概念定義為“在工藝中實現重大進步”,或者說“每節點實現大約0.7倍的縮小”或“每兩個節點實現0.5倍的縮小”。而根據半導體工藝路線圖的演進,40納米的下一代工藝節點應該是32納米,然後是22納米。然而,產業界從40納米向下演進時,中間經過32納米卻很快跳躍到28納米。因為當工藝演進到32納米時,使用基本相同的光刻設備便可以延伸縮小至28納米。在成本幾乎相同的情況下,使用28納米工藝製程可以給產品帶來更加良好的性能優勢。與40納米工藝相比,28納米柵密度更高、晶體管的速度提升了大約50%,而每次開關時的能耗則減小了50%。

中國半導體產業憑何“彎道超車”?

  另外,推動半導體產業前進的主要動力之一是光刻工藝尺寸的縮小。目前28納米採用的是193納米的浸液式方法,當尺寸縮小到22和20納米時,傳統的光刻技術已無能為力,必須採用輔助的兩次圖形曝光技術(double patterning,簡稱為DP)。然而這樣會增加掩膜工藝次數,從而致使成本增加和工藝循環周期的擴大。這就造成了20和22納米無論從設計還是生產成本上一直無法實現很好的控制,其成本約為28納米工藝成本的1.5—2倍左右。因此,綜合技術和成本等各方面因素,28納米都將成為未來很長一段時間內的關鍵工藝節點。

  更為重要的是,從市場需求看,隨着28納米工藝技術的成熟,28納米工藝產品市場需求量呈現爆髮式增長態勢,即從2012年的91.3萬片到2014年的294.5萬片,年複合增長率高達79.6%,並且這種高增長態勢將持續到2017年。之後隨着14和16納米工藝技術的逐漸進步,28納米產品的市場需求量將會出現小幅下滑。此外,28納米工藝技術因其性價比高、應用領域廣泛,預計還將持續4—5年。同樣是成本原因,14和16納米不會迅速成為主流工藝,因此,28納米工藝將會在未來很長一段時間內作為高端主流的工藝節點。考慮到中國物聯網應用領域巨大的市場需求,28納米工藝技術預計在中國將持續更長時間,為6—7年。

中國半導體產業憑何“彎道超車”?

  除了技術節點的選擇外,每個產業都會因其特點具有自己獨特的發展模式,而了解產業的發展模式,做到知己知彼,方能百戰不殆。具體到半導體產業,主要有IDM和傳統的行業分工模式。

  所謂IDM(Integrated Device Manufacturer),是指從設計到製造、封裝測試以及投向市場全包的運營方式。其特徵是經營範圍覆蓋IC設計、芯片製造、封裝測試,甚至下游終端產品製造,代表企業有三星、英特爾等。該模式具備內部資源整合能力強、利潤高以及技術領先等優勢,但也存在明顯弊端,例如生產運營成本高制約技術創新;技術進步難度大;產能和市場難以匹配。

  相比上述一家企業大包大攬近乎於“一條龍”的IDM模式,傳統行業分工模式是指在半導體產業中,隨着分工的逐漸深入,已經形成專業的IP(知識產權)核、無生產線的IC設計(Fabless)、晶圓代工(Foundry)及封裝測試(Assembling & Testing)廠商。該模式的最大優點是靈活性強,但劣勢也很明顯,例如工藝對接難度加大,延緩產品上市時間;Foundry標準化的工藝研發,不利於滿足客戶特色需求;各Foundry工藝不統一,增加了Fabless的適配難度。

  與上述芯片產業傳統發展模式相比,聯合創新發展模式的優勢明顯。首先,代工廠不再僅限於產業鏈中的製造,還可以參與到專業芯片的前期設計和後期服務。其次,聯合創新模式加快Foundry工藝進步速度,有助突破產業發展瓶頸;最後,這種模式可提高Fabless工藝適配能力,提升產品性能優化空間。而從集成電路行業發展來看,新工藝與新材料的引入需要設計企業與製造企業緊密合作,需要半導體設計企業對工藝、器件有深入的理解。讓半導體設計企業加入到工藝研發過程中,可以結合工藝進行設計優化,提高Fabless的工藝適配能力,提升產品性能的優化空間,從而確保設計的產品在性能方面獲得優勢,也能有效降低風險。

  俗話說:事實勝於雄辯。在中國半導體產業中,聯合創新發展模式已被驗證。例如2014年高通與中芯國際宣布將雙方的長期合作拓展至28納米晶圓製造,中芯國際藉此成為中國內地第一家在最先進工藝節點上生產高性能、低功耗手機處理器的晶圓代工企業。而僅僅一年多時間,中芯國際28納米芯片組已經實現商用。作為雙方28納米製程工藝合作的一部分,高通為中芯國際提出實際的產品需求。這對幫助中芯國際利用、改進和完善其生產能力,打造出高良品率、高精確度的世界級商用產品至關重要。同時,雙方協同技術創新的模式也有利於中芯國際建立世界級的28納米工藝設計包(PDK),幫助高通以外的其它設計企業對中芯國際28納米工藝樹立信心。“中高聯合創新”正推動中國28納米走向成熟,也開啟了IC產業發展新模式。作為全球領先的無晶圓半導體廠商,高通是少數幾家能夠以規模化和技術資源支持半導體代工廠開發及成熟化領先製程工藝的廠商。

  綜上所述,我們認為,當中國半導體產業相關廠商屢屢宣布新的技術突破,但卻始終在業內遭受詬病,且遲遲達不到市場化的現實看,我們理應重現審視中國半導體產業創新與市場化的內涵,即不要一味地流於形式上的技術上的追趕,而是根據自身的特點和優勢,在發展模式和節點技術上的創新和選擇(例如聯合創新模式),畢竟目前全球半導體產業的競爭已然白熱化,孤注一擲技術上的比拼,非但不能“彎道超車”,還有可能在產業的道路上跑偏。

中國半導體產業憑何“彎道超車”?

(聲明:本文僅代表作者觀點,不代表新浪網立場。)

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