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为技术找到核心 多元化半导体持续创新
将创新转化为产品

【作者: 王岫晨】2021年08月09日 星期一

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观察2021年主导半导体产业的新技术趋势,可以从新的半导体技术来着眼。基本上半导体技术可以分为三大类,第一类是独立电子、电脑和通讯技术,基础技术是CMOS FinFET。在今天,最先进的是5奈米生产制程,其中有些是FinFET 架构的变体。这是大规模导入极紫外光刻技术,逐步取代多重图形光刻方法。



图一 : 半导体的创新必须能转化为成本可承受的产品。
图一 : 半导体的创新必须能转化为成本可承受的产品。

我们知道,目前三星、台积电和英特尔等主要厂商与IBM 合作,正在开发下一代3/2奈米,在那里我们会看到一种新的突破,因为他们最有可能转向奈米片全环绕闸极技术,以延续摩尔定律。若他们成功开发出新的架构,就可以预期摩尔定律会延续一定的年限。


若想明白和做好做半导体领域的业务,还需要有一些提升整合度的方法,这就是所谓的3D异构,也就是利用多个裸片堆叠方法,来得到尺寸最小的系统晶片、系统模组和系统封装的能力。至於记忆体和非快闪记忆体或DRAM,它们在存储容量和耗能方面也遵循类似的过程,越来越节能,性能越来越好。



图二 : ST的技术差异化基础。
图二 : ST的技术差异化基础。

多元化半导体技术核心

意法半导体总裁暨执行长Jean-Marc Chery认为,在这个多元化的半导体世界,所有技术都有一个核心。多元化半导体公司包括TI、NXP、英飞??、瑞萨和ST。首先是成熟的0.5微米到110奈米的8寸晶片制造技术,其次是成熟的19奈米到28奈米的12寸晶片制程。我们将28奈米视为电晶体闸极创新技术,用於制造成熟的12寸晶片。


图三 : 意法半导体总裁暨执行长JEAN-MARC CHERY
图三 : 意法半导体总裁暨执行长JEAN-MARC CHERY

当然,这个多元化产品的半导体世界,很快就会开始用16 奈米 FinFET技术,设计制造嵌入式处理解决方案和电源管理解决方案,满足汽车和某些特定工业应用需求。


也许我们还会有另一个节点,10奈米到12奈米的FD-SOI技术。在这个多元化的世界,技术节点分布的非常广泛,从0.5微米到110奈米的8寸,再从19奈米到28奈米成熟的12寸,然後再到FinFET双重图形和三重图形制程。这就是我所看到的现状和趋势。


同时,在多元化的世界中,功率元件材料和碳化矽创新速度很快(包括封装创新、晶圆制造创新、原料创新,升级到8寸,以及优化单个矽锭产生晶圆数量的生产率创新)。所以,我们在功率元件领域也看到了快速的创新。


光学感测解决方案的发展趋势也是这样,我们都想要光学感测解决方案有更高的性能、更小的面积、更低的价格,目前许多半导体大厂(例如ST)正在推动这一技术创新。MEMS与光学感测器的情况非常相似,大家都希??感测器精度更高,功耗更低。所以多元化半导体世界的解决方案也是非常相似。这是因为基於CMOS(类比、混合讯号、射频、嵌入式快闪记忆体)的功率产品、感测器和纯类比技术是相互融合的,所以,晶片不限於记忆体、电脑和通讯。这就是我所看到的现状趋势。同样,在多元化半导体世界里,我们也提供3D整合这个了不起的创新技术。


将创新转化为产品

JEAN-MARC说,2021年半导体的成功在於创新。希??客户不要限制自己的创新力,半导体将能永远满足大家的需求。创新是全球半导体业共同努力的结果,有了适当规模的重要叁与者投入适量的研发、创新和设计资金,才能把世界上最好的创新转化为对客户而言,成本可承受的产品。


观察半导体产业竞争格局现状,整个产业分为电脑、通讯、记忆体和多元化元件。市值超过100亿美元的公司基本上有25家,有两种运营模式:一种是无晶圆厂,另一种是IDM。在代工领域,有三家市值超过100亿美元的上市公司,分别是台积电、联电和中芯国际,还有两家没有上市的代工厂,他们是GlobalFoundries和三星。现阶段确保半导体产业不断发展和创新非常重要,各国提供激励政策,鼓励公平创新和均衡制造,这是我们所期??的,以及未来会规划的方向。


意法半导体市场行销、传播及策略发展总裁Marco Cassis指出,以ST为例,我们并不打算布局一个只有在本地开发IP、本地设计、本地研发和本地制造才能展开业务的世界,这不是该公司谋划的世界。从政府鼓励政策中可以看到重要的政治意愿,而希??这些政策能够推动公平竞争,推进产业发展。而在现阶段各种晶片缺货的现状下,出现这种情况也是正常的。


图四 : 意法半导体市场行销、传播及策略发展总裁Marco Cassis
图四 : 意法半导体市场行销、传播及策略发展总裁Marco Cassis

有些客户也在改变他们的想法,对资本叁与持开放的态度。我们将这种趋势视为新事物,但不打算支援某些国家的晶片完全独立自主的倡议和行动。不要忘记,在晶圆厂和制造技术背後,还有封测厂,这是一个复杂的封装过程。然後还得有设备制造商提供晶圆制造和封装设备,EDA供应商提供IP和设计工具。同时技术研发也非常重要,随着人工智慧的到来,研发变得更加重要,最後还要有材料制造商。像美国、欧洲、中国大陆、台湾、韩国和日本那样退群单飞,是不可行的。


半导体差异化需要重新定义?

对於嵌入式处理解决方案,我们知道,直到某一个时间点前,评测微控制器所叁考的产业标准是基於CMOS的技术,然後是嵌入式NOR快闪记忆体或嵌入式分离闸极技术。差异化更多地是围绕着生态系统,围绕微控制器来构建软体生态系统,并简化解决方案设计过程。同样重要的是有一个广泛的产品规划。在微控制器发展到某一个阶段前,差异主要集中在产品组合上。


现在,技术节点不断缩小,根据应用和功耗,提供更高的即时性能。我们已经看到了一些差异化机会。例如,ST所开发的一种分离闸极替代技术,称之为EESTM。此外,ST还开发出了28奈米PCM相变记忆体技术。在28奈米FD-SOI技术的车规微控制器,就内建了PCM记忆体和快闪记忆体。JEAN-MARC认为,在後段制程生产线测试验证嵌入式快闪记忆体技术是汽车工业独有的一个技术要求。 这项技术将有能力处理其他MCU的应用需求。


然後回到功率元件解决方案。同样的差异化方法是,开发宽能隙材料、研发模组、改善BCD架构和技术,以及电流隔离,接着是能够处理高压的系统晶片和智慧功能。


至於光学感测解决方案,设计飞行时间技术、模组和红外线成像感测器,透过整合解决方案,发现提供整体方案的机会,来达成半导体差异化的目标。


至於在类比元件方面。在ST的Agrate和Crolles两个厂区,有BCD技术和CMOS技术,当这两个工厂协作开发时,就可以研发出高性能的类比技术,并有机会实现多样化和差异化。我们知道,在纯通讯产业中,对规模、市场和入市能力或门槛的要求非常高,所以,ST的策略是在10多年前就选择脱离通讯市场,转而专注於产品多元化和差异化,主要在深耕汽车和工业市场。但是有选择地布局独立电子市场,这是因为能够提供差异性非常强的产品。


结语

现阶段我们看到制造业格局发生了变化,市场集中度不高了,但这并不是让大家感到担心的事情。大型的半导体厂将会自我调节。ST的策略源於社会大趋势,运营模式是IDM,且在欧洲和亚洲都拥有重要的基础设施,并且正在世界各地部署自己的技术创新中心和应用实验室。因此放眼一家全球性国际半导体公司,除了拥有多元化的半导体产品,并专注於固有市场(如汽车和工业市场)。未来也必将考虑市场格局的变化,且不会与世界脱钩。


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