在中國全面實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的今天,,幾乎所有人都將目光集中在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、集成電路,、生物工程等重點(diǎn)行業(yè),。這其中,集成電路行業(yè)發(fā)展尤為引人注目,。工信部在解讀《中國制造2025》時(shí)稱,,“集成電路是工業(yè)的‘糧食’,其技術(shù)水平和發(fā)展規(guī)模已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國力的重要標(biāo)志之一,,是實(shí)現(xiàn)中國制造的重要技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支撐,。國際金融危機(jī)后,發(fā)達(dá)國家加緊經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整,,集成電路產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性,、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性地位進(jìn)一步凸顯,,美國更將其視為未來20年從根本上改造制造業(yè)的四大技術(shù)領(lǐng)域之首?!蓖瑫r(shí)也有業(yè)內(nèi)人士將集成電路比喻為工業(yè)生產(chǎn)的“心臟”,,其重要性可見一斑。
日前,,賽迪顧問發(fā)布《中國IC 28納米工藝制程發(fā)展》白皮書,,闡釋全球及中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,并對(duì)“聯(lián)合創(chuàng)新”模式給予極高評(píng)價(jià),。
28納米為IC工藝制程發(fā)展關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
全球方面,,白皮書數(shù)據(jù)顯示,2014年全球集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到3331.51億美元,。從區(qū)域分布來看,,集成電路產(chǎn)業(yè)主要分布在北美、歐洲,、日本和亞太地區(qū)(除日本),。同時(shí),也形成了以英特爾,、三星,、臺(tái)積電、高通為代表的龍頭企業(yè)。其中,,美國企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位,,在全球前20大半導(dǎo)體廠商中達(dá)到9家,其余包括日本企業(yè)3家,、歐洲企業(yè)3家,、韓國企業(yè)2家,中國臺(tái)灣企業(yè)3家,;中國方面,,根據(jù)工信部統(tǒng)計(jì),2014年,,中國集成電路產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入2672億元人民幣,,同比增長(zhǎng)11.2%,比上年提高3.6個(gè)百分點(diǎn),。
技術(shù)演進(jìn)角度,,白皮書認(rèn)為,縱觀集成電路50年來的發(fā)展歷程,,自發(fā)明以來所取得的成功和產(chǎn)品增值主要?dú)w功于半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷進(jìn)步,。工藝技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)不斷改進(jìn),新技術(shù)不斷涌現(xiàn),,帶動(dòng)了芯片集成度持續(xù)迅速提高,,單位電路成本呈指數(shù)式降低。白皮書認(rèn)為綜合技術(shù)和成本等各方面因素,,28納米都將成為未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn),。
從工藝角度,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(guān)時(shí)的能耗則減小了50%,。此外,,目前28納米采用的是193納米的浸液式方法,當(dāng)尺寸縮小到22/20納米時(shí),,傳統(tǒng)的光刻技術(shù)已無能為力,,必須采用輔助的兩次圖形曝光技術(shù)(double patterning,簡(jiǎn)稱為DP),。然而這樣會(huì)增加掩膜工藝次數(shù),,從而致使成本增加和工藝循環(huán)周期的擴(kuò)大。這就造成了20/22納米無論從設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)成本上一直無法實(shí)現(xiàn)很好的控制,,其成本約為28納米工藝成本的1.5-2倍左右,。
從市場(chǎng)需求角度,,白皮書同時(shí)表示,隨著28納米工藝技術(shù)的成熟,,28納米工藝產(chǎn)品市場(chǎng)需求量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)——從2012年的91.3萬片到2014年的294.5萬片,,年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)79.6%,并且這種高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)將持續(xù)到2017年,。白皮書還表示,,因?yàn)槌杀镜染C合原因,14/16納米不會(huì)迅速成為主流工藝,,因此,,28納米工藝將會(huì)在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)作為高端主流的工藝節(jié)點(diǎn)。
白皮書還調(diào)研了中國28納米工藝制程現(xiàn)狀,。白皮書稱,,自45納米工藝技術(shù)于2011年被攻克之后,以中芯國際為代表的IC制造企業(yè)積極開展28納米工藝技術(shù)的研發(fā),。中芯國際的28納米生產(chǎn)制程經(jīng)過幾百人研發(fā)團(tuán)隊(duì)和近三年時(shí)間,,于2013年底實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在上海試生產(chǎn)。2015年9月,,中芯國際28納米工藝產(chǎn)品將基本上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),。首先量產(chǎn)的將是PolySiN工藝,下一步集中在HKMG工藝,。
聯(lián)合創(chuàng)新將推動(dòng)中國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展
如何進(jìn)一步從半導(dǎo)體制造領(lǐng)域著手突破,、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)半導(dǎo)體水平的提升?在去年工信部頒布的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》中,,主管部門提出了指導(dǎo)性意見,,其中包括:以技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新為動(dòng)力,,充分利用全球資源,推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)開放式創(chuàng)新發(fā)展,,加強(qiáng)國際交流合作,,提升在全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局中的地位和影響力。
值得關(guān)注的是,,工信部多次強(qiáng)調(diào)“模式創(chuàng)新”和“加強(qiáng)國際交流合作”,。而賽迪發(fā)布的白皮書也利用較大篇幅論述晶圓制造廠與IC設(shè)計(jì)企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新的必要性。白皮書認(rèn)為傳統(tǒng)IDM模式面臨巨大挑戰(zhàn),,而行業(yè)分工模式也存在諸多不足,;白皮書經(jīng)過大量調(diào)研認(rèn)為,聯(lián)合創(chuàng)新將開啟IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式,。
所謂IDM(Integrated Device Manufacturer),,即從設(shè)計(jì)到制造,、封裝測(cè)試以及投向市場(chǎng)全包的運(yùn)營方式。其特征是經(jīng)營范圍覆蓋IC設(shè)計(jì),、芯片制造,、封裝測(cè)試,甚至下游終端產(chǎn)品制造,,代表企業(yè)有三星,、英特爾、德州儀器等,。該模式具備內(nèi)部資源整合能力強(qiáng),、利潤(rùn)高以及技術(shù)領(lǐng)先等優(yōu)勢(shì),但白皮書認(rèn)為其存在明顯弊端,,主要體現(xiàn)在——生產(chǎn)運(yùn)營成本高制約技術(shù)創(chuàng)新,;技術(shù)進(jìn)步難度大;產(chǎn)能和市場(chǎng)難以匹配,。
而傳統(tǒng)的行業(yè)分工模式源于產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化分工,。隨著分工的逐漸深入,形成了專業(yè)的IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))核,、無生產(chǎn)線的IC設(shè)計(jì)(Fabless),、晶圓代工(Foundry)及封裝測(cè)試(Assembling & Testing)廠商。模式的最大優(yōu)點(diǎn)是靈活性強(qiáng),,但劣勢(shì)也很明顯——工藝對(duì)接難度加大,,延緩產(chǎn)品上市時(shí)間;Foundry標(biāo)準(zhǔn)化的工藝研發(fā),,不利于滿足客戶特色需求,;各Foundry工藝不統(tǒng)一,增加了Fabless適配難度,。
在此背景下,,白皮書提出,聯(lián)合創(chuàng)新將開啟IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式,。這種模式可在實(shí)現(xiàn)分工的基礎(chǔ)上合作,,在合作的基礎(chǔ)上分工,聯(lián)合創(chuàng)新模式中,,各種領(lǐng)域內(nèi)有所長(zhǎng)的企業(yè),,彼此以深度伙伴關(guān)系合作的形式,達(dá)到各環(huán)節(jié)的有效垂直整合,。代工廠不再僅限于產(chǎn)業(yè)鏈中的制造,,可以參與到專業(yè)芯片的前期設(shè)計(jì)和后期服務(wù);此外,,聯(lián)合創(chuàng)新模式加快Foundry工藝進(jìn)步速度,,有助突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸,;第三,這種模式可提高Fabless工藝適配能力,,提升產(chǎn)品性能優(yōu)化空間,。白皮書稱,從集成電路行業(yè)發(fā)展來看,,新工藝與新材料的引入需要設(shè)計(jì)企業(yè)與制造企業(yè)緊密合作,,需要IC設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)工藝、器件有深入的理解,。讓IC設(shè)計(jì)企業(yè)加入到工藝研發(fā)過程中,,可以結(jié)合工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,提高Fabless的工藝適配能力,,提升產(chǎn)品性能的優(yōu)化空間,,從而確保設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在性能方面獲得優(yōu)勢(shì),也能有效降低風(fēng)險(xiǎn),。
白皮書重點(diǎn)介紹“中高聯(lián)合創(chuàng)新”模式
何為聯(lián)合創(chuàng)新模式的典范,?白皮書力挺“中高聯(lián)合創(chuàng)新”。白皮書認(rèn)為,,作為全球最大的,、領(lǐng)先的Fabless廠商Qualcomm(美國高通公司,以下簡(jiǎn)稱“高通”),,和中國內(nèi)地最大的Foundry廠商中芯國際的合作具有典型意義和示范作用,。 白皮書稱,中芯國際與高通的聯(lián)合創(chuàng)新模式,,主要體現(xiàn)在協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新,、相互經(jīng)驗(yàn)分享、聯(lián)合人才培養(yǎng),、促進(jìn)市場(chǎng)開拓等方面,。這種聯(lián)合創(chuàng)新是一種從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)的全生態(tài)合作,有利于加速28納米制程技術(shù)在中國的采用,。
白皮書表示,,高通擁有眾多關(guān)于半導(dǎo)體工藝和設(shè)計(jì)的領(lǐng)先技術(shù)。作為雙方28納米制程工藝合作的一部分,,高通為中芯國際提出實(shí)際的產(chǎn)品需求。這對(duì)幫助中芯國際利用,、改進(jìn)和完善其生產(chǎn)能力,,打造出高良品率、高精確度的世界級(jí)商用產(chǎn)品至關(guān)重要,。同時(shí),,協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新也有利于中芯國際建立世界級(jí)的28納米工藝設(shè)計(jì)包(PDK),可以幫助高通以外的其它設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)中芯國際28納米工藝樹立信心,。為了加大與中芯國際的合作與協(xié)同創(chuàng)新力度,高通還在上海設(shè)立了專門的研發(fā)中心來為中芯國際提供現(xiàn)場(chǎng)支持,。此外,,作為IC設(shè)計(jì)廠商,高通與多家海外晶圓制造廠合作開發(fā)芯片,,在支持晶圓代工廠的制程技術(shù)成熟化和不斷演進(jìn)方面累積了很多經(jīng)驗(yàn),,并得到實(shí)際產(chǎn)品的驗(yàn)證。這方面的知識(shí)積累和經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)使高通在低功耗,、高性能,、移動(dòng)端的芯片領(lǐng)域處于全球第一的位置。高通也是少數(shù)幾家能夠以規(guī)?;图夹g(shù)資源支持晶圓代工廠開發(fā)領(lǐng)先制程工藝的設(shè)計(jì)企業(yè),。而中芯國際和高通開展合作后,高通可以把這些成熟的合作經(jīng)驗(yàn)帶到中國,,與中芯國際進(jìn)行分享,,生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品、并保證產(chǎn)品良率的提高,。
白皮書還表示,,“中高聯(lián)合創(chuàng)新”模式還可以強(qiáng)化業(yè)內(nèi)其它客戶對(duì)中芯國際28納米制程的信心,有利于中芯國際承接除高通之外的更多訂單,,并獲取發(fā)展所必須的重要利潤(rùn),。28納米技術(shù)未來將成為中芯國際重要的增長(zhǎng)動(dòng)力之一。中芯國際實(shí)力進(jìn)一步增加以后,,進(jìn)而可以聘用,、培養(yǎng)一流的高技術(shù)人才,投入更多的資金用于研發(fā),,開發(fā)更先進(jìn)的工藝技術(shù),,最終形成一個(gè)良性循環(huán),讓研發(fā)與市場(chǎng)更加有效地結(jié)合起來,。
對(duì)于該模式帶來的成果之一,,工信部在《2014年集成電路行業(yè)發(fā)展回顧及展望》中稱,中芯國際與高通合作的28納米驍龍?zhí)幚砥鞒晒χ圃?,?biāo)志著其在28納米工藝制程成熟的路徑上又邁出重要一步,。
開放合作是中國IC發(fā)展的重要方向
開放、創(chuàng)新將幫助中國集成電路產(chǎn)業(yè)迅速走向國際前沿,。今年5月,,工信部副部長(zhǎng)懷進(jìn)鵬表示,中國集成電路市場(chǎng)需求強(qiáng)大,,中美雙方在集成電路領(lǐng)域合作空間廣闊,。中國在實(shí)施《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》過程中將充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的決定性作用,,更好發(fā)揮政府作用,堅(jiān)持開放發(fā)展原則,,歡迎包括美國半導(dǎo)體企業(yè)在內(nèi)的國外企業(yè)參與其中,。
事實(shí)上,以高通為代表的海外企業(yè)已經(jīng)深度參與中國的集成電路產(chǎn)業(yè),。去年,,高通與中芯國際宣布了將雙方的長(zhǎng)期合作拓展至28納米晶圓制造,即前文所述“中高聯(lián)合創(chuàng)新”模式合作項(xiàng)目之一,。中芯國際藉此成為中國內(nèi)地第一家在最先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)高性能,、低功耗手機(jī)處理器的晶圓代工企業(yè)。僅僅一年多時(shí)間,,中芯國際28納米芯片組實(shí)現(xiàn)商用,,采用其28納米工藝的驍龍410處理器已經(jīng)應(yīng)用于主流智能手機(jī)。此事件在中國推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國制造2025”戰(zhàn)略的大背景下具備里程碑意義,,中芯國際首席執(zhí)行官兼執(zhí)行董事邱慈云博士表示,,“這對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來說意義非凡,我們通過與高通的緊密合作,,實(shí)現(xiàn)了中國內(nèi)地制造核心芯片應(yīng)用于主流智能手機(jī)零的突破”,;高通總裁德里克·阿博利表示,“這標(biāo)志著高通和中芯國際在先進(jìn)工藝制程和晶圓制造合作上再次取得重大進(jìn)展”,。
而在今年6月份,,高通攜手中芯國際、華為,、IMEC,,共同投資中芯國際集成電路新技術(shù)研發(fā)公司,該公司目前以14納米先進(jìn)邏輯工藝研發(fā)為主,,此項(xiàng)目是集成電路制造企業(yè)與國際業(yè)界公司,、研究機(jī)構(gòu)合作模式上的重大突破,充分整合了國際產(chǎn)業(yè)鏈的上下游公司,、國際尖端研發(fā)力量等優(yōu)勢(shì)資源,。該項(xiàng)目為比利時(shí)國王菲利普·利奧波德·路易斯·瑪麗訪華期間與中國簽署的一系列協(xié)議之一,這項(xiàng)代表著中國和比利時(shí)最尖端科技之間的合作,,受到了各方的關(guān)注,。中國國家主席習(xí)近平、比利時(shí)國王菲利普共同見證了簽約儀式,。
此外在近日,,中芯國際、國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司和高通宣布達(dá)成向中芯長(zhǎng)電半導(dǎo)體有限公司投資的意向并簽署不具有法律約束力的投資意向書,投資總額為2.8億美元,。如本輪擬進(jìn)行的投資一旦完成,將幫助中芯長(zhǎng)電加快中國第一條12英寸凸塊生產(chǎn)線的建設(shè)進(jìn)度,,從而擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,,提升先進(jìn)制造能力,并完善中國整體芯片加工產(chǎn)業(yè)鏈,。