為半導(dǎo)體制造業(yè)提供可靠的硅設(shè)計鏈

在 Globalpress的2006電子峰會中，專題討論會“為半導(dǎo)體制造業(yè)提供可靠的硅供應(yīng)鏈”對半導(dǎo)體制造和硅設(shè)計業(yè)界有一定的啟發(fā)性。

制造業(yè)從垂直走向水平

座談會主持人Joanne Itow(照片的左1)是半導(dǎo)體調(diào)研公司 Semico 的董事經(jīng)理，她強調(diào)了建立硅設(shè)計鏈的重要性。她說：“在過去10~15年來，半導(dǎo)體制造和供應(yīng)鏈發(fā)生了根本性的變化。過去采取垂直整合的結(jié)構(gòu)方式，從電路設(shè)計、制造甚至某些設(shè)備和測試都是在同一屋檐下實現(xiàn)的；現(xiàn)在情況完全不同了，參與我們座談會的代表就有來自EDA、IP和設(shè)計、制造設(shè)備、晶圓代工、自動測試等不同的公司。由于制造技術(shù)的高度復(fù)雜性和競爭性，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈采取分散結(jié)構(gòu)非常有效，因為這些公司在不同領(lǐng)域內(nèi)擁有特長和研發(fā)經(jīng)驗。現(xiàn)今，設(shè)計鏈的供應(yīng)商面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，正如參加這次座談會的公司那樣, 首先要完成合同將產(chǎn)品送到用戶手中，還要實現(xiàn)合理的成本和方便的系統(tǒng)平臺整合服務(wù)?！?nbsp; 

 近十年來，半導(dǎo)體制造的物理層面比過去更具挑戰(zhàn)性，硅設(shè)計鏈內(nèi)的許多成員必須共同努力為用戶提供快速和低成本的發(fā)展道路。例如對半導(dǎo)體制造廠和制造及測試設(shè)備供應(yīng)商的挑戰(zhàn)是研發(fā)更精確的設(shè)備，EDA 公司致力于研發(fā)更好的可制造性設(shè)計工具。當(dāng)前，新芯片的設(shè)計數(shù)量開始收縮，只有少數(shù)公司有能力投入開發(fā)自主芯片的大量資金，當(dāng)前，由于新制造廠的大部分資金進入亞洲，美國和歐洲是否繼續(xù)淡出半導(dǎo)體制造業(yè)？EDA 公司能否跟得上設(shè)計工具的研發(fā)，是否需要制造商或用戶的參與？

硅設(shè)計業(yè)座談會上有四位主要發(fā)言人，如照片。他們分別是Cadence設(shè)計系統(tǒng)公司商務(wù)拓展部副總裁 Aurangzeb Khan(左2)，應(yīng)用材料(Applied Materials)公司Maydan 技術(shù)中心技術(shù)主管Mike Smayling(左3)，特許半導(dǎo)體(Chartered)公司全球市場平臺聯(lián)盟副總裁 Kevin Meyer(左4)，安捷倫科技公司(Agilent )半導(dǎo)體測試事業(yè)部供應(yīng)鏈經(jīng)理John Cheng(左5)   。他們發(fā)言的重點是介紹在硅設(shè)計供應(yīng)鏈中各公司面對的挑戰(zhàn)和解決辦法。

硅供應(yīng)鏈向水平整合發(fā)展    
   
Cadence公司Aurangzeb的發(fā)言重點是“最近EDA 的動向”，多年來硅設(shè)計業(yè)以Cadence為首，與Synopsys和Mentor形成了業(yè)界的三巨頭，對硅設(shè)計鏈做出重要貢獻。面對市場的變化， 高科技產(chǎn)品開發(fā)策略也在調(diào)整中。當(dāng)前，半導(dǎo)體公司普遍認(rèn)為，消費電子產(chǎn)品將在今年和未來幾年內(nèi)推動半導(dǎo)體業(yè)的增長。這種趨勢將使設(shè)計業(yè)界出現(xiàn)前所未有的變化，原因在于，個別的消費產(chǎn)品和技術(shù)要求與企業(yè)性用戶的不同。許多消費產(chǎn)品要在非常準(zhǔn)確的時段內(nèi)，以非常獨特的設(shè)計進入市場，時段通常只有幾周的時間。如果產(chǎn)品具有正確的屬性，則可以創(chuàng)造幾千萬美元的銷售額。但是，如果推出時間晚了，產(chǎn)品很可能沒有收益。因此，誰是第一個或者第二個進入市場很重要，你一定要爭第一。  除此之外，消費產(chǎn)品還要求語音、數(shù)據(jù)和視頻的融合，最好是有一臺超級計量機裝在口袋中。為了實現(xiàn)這些要求，這些產(chǎn)品不但要有相應(yīng)的內(nèi)容，而且軟件、芯片、封裝等都要符合制造和測試的要求。只有共同整 合才能使產(chǎn)品迅速投放市場，為此需要設(shè)計、制造和供應(yīng)鏈的的整合，使產(chǎn)品具有唯一的獨特性。"                                                                                                                                                                            
應(yīng)用材料公司 Michael的發(fā)言內(nèi)容是“ 可制造性設(shè)計(DFM )”。多年雄據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)首席的應(yīng)用材料公司在DFM 方面有25~30年的經(jīng)驗，目標(biāo)是完善從電路設(shè)計至制造的路線圖，使設(shè)計適合用戶的制造能力。在介紹應(yīng)用材料的經(jīng)驗時，他說：“我們始終堅持服務(wù)至上的宗旨。當(dāng)前可制造性設(shè)計越來越復(fù)雜，它不再是一條供應(yīng)鏈，實際上是一個供應(yīng)圈。我們互相既是用戶，同時也是供應(yīng)商。對我們來說，多個層面之間的互動極為重要。”從130nm 進入90nm 再到65nm時 ，情況就更加復(fù)雜了。 現(xiàn)在，45nm 的工藝開發(fā)剛剛起動，要處理的問題涉及多個方面，最通用的解決方法是物理層由設(shè)計團隊承擔(dān)，但設(shè)計圖形沒法在晶圓上復(fù)制。這正是主要問題之所在，因為它并不符合“您所見到的就是您所得到的”慣例。應(yīng)用材料用了大量時間去了解和試圖解決該問題。Michael 談到：現(xiàn)今的制程大都具有可變性，這些因素在向90nm  過渡時已表現(xiàn)出來，在65nm  向45nm  過渡時更為明顯。當(dāng)我們設(shè)計更多消費電子產(chǎn)品時，功率成為更緊迫的問題。現(xiàn)實的介電層縮小到原子極限時，就要求電路解決諸如銅互連和材料變化等問題。解決這些問題需要團隊成員的合作，而用戶、合同商、供應(yīng)商的整合能夠推動成本的降低。

Chartered半導(dǎo)體公司Kevin的發(fā)言重點是“供應(yīng)鏈企業(yè)之間的技術(shù)合作”。從事晶圓代工的新加坡Charerted多年來年銷售額保持10億美元左右，在業(yè)界居臺積電(TSMC)和聯(lián)華之后的第三位，2005年被中國中芯國際(SMIC)超過，退居第四。為了擴大生產(chǎn)和提高技術(shù)水平，在半導(dǎo)體業(yè)不景氣的2001~2002年，Chartered即開始尋求世界級的合作伙伴，最近終于與IBM微電子公司 結(jié)成聯(lián)盟。Kevin認(rèn)為：在共同技術(shù)平臺與IBM 合作是應(yīng)對技術(shù)復(fù)雜性的可行辦法。公司投入40~60億美元巨資建廠，務(wù)求在增長的半導(dǎo)體市場中占有更大份額。現(xiàn)在，三星電子亦參加了該合作計劃，未來合作范圍將繼續(xù)擴大。

安捷倫公司John以“從測試設(shè)備觀點看垂直與水平整合”題目發(fā)言，他說：“前不久在商業(yè)刊物上閱讀到一篇財經(jīng)文章，作者的觀點是：當(dāng)供應(yīng)鏈垂直整合時，就出現(xiàn)分散整合的力量；當(dāng)供應(yīng)鏈水平整合時，就出現(xiàn)分散整合的另一股力量。這種情況正在半導(dǎo)體供鏈中同樣出現(xiàn)，業(yè)界都從垂直整合走向水平整合獲得好處?！?nbsp; 同時John也指出困難所在：在轉(zhuǎn)換過程中仍存在許多挑戰(zhàn)。在垂直鏈內(nèi)設(shè)計、生產(chǎn)、制造三者之間的知識交流相對比較簡單，因為他們大部分時間是在同一公司內(nèi)進行。而且三者分享和承擔(dān)同一財務(wù)目標(biāo)。垂直整合雖然不夠敏捷，但它已構(gòu)成一種商業(yè)模式。在水平供應(yīng)鏈中，項目采取外包，使得過程容易管理。當(dāng)分包商的用戶跨越幾個區(qū)段時，相互之間的效益就可能削弱。當(dāng)然，不會有能包治百病的靈丹妙藥。水平鏈也有來自本身的挑戰(zhàn)，最重要的問題是，由于供應(yīng)鏈內(nèi)各公司的知識產(chǎn)權(quán)和財務(wù)目標(biāo)互不相同所引起?！?

設(shè)計業(yè)的挑戰(zhàn)和應(yīng)對

早在春秋戰(zhàn)國時期，我國的思想家根據(jù)政治地緣學(xué)提出了“合縱”和“連橫”的結(jié)盟策略，促進了中國的統(tǒng)一和進步，以后又出現(xiàn)多次“分久必合，合久必分”的朝代更換。在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的垂直整合向水平分散，體現(xiàn)了合縱和連橫策略的靈活運用。傳統(tǒng)的設(shè)計、制造、封裝、測試的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈分為前后工序，事實證明這種垂直供應(yīng)鏈的分工推動了半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展。近十多年來，130nm  以上的節(jié)點順利攻破后，隨著90、65、45nm  三個尺寸越來越小節(jié)點的技術(shù)難度的增加，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈內(nèi)的各個環(huán)節(jié)變得首尾相接，環(huán)環(huán)相扣，從垂直整合走向水平整合己獲得業(yè)界的共識。

作為半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的最重要環(huán)節(jié)的硅設(shè)計鏈曾有輝煌的業(yè)績，系統(tǒng)芯片(SoC)技術(shù)的突破，使單芯片電子系統(tǒng)得以實現(xiàn)，2005年硅設(shè)計業(yè)市場達到70多億美元。具備DFM的EDA工具促進無廠半導(dǎo)體業(yè)( Fabless )的實現(xiàn)，2005年Fabless產(chǎn)值突破400億美元，約占全球半導(dǎo)體總產(chǎn)值的1/6。但是，當(dāng)前硅設(shè)計鏈面臨更多的挑戰(zhàn)，突出表現(xiàn)為：

后端工序的封裝業(yè)開發(fā)成功創(chuàng)新的系統(tǒng)級封裝(SiP), 它更適合消費電子產(chǎn)品的小批量、多品種、快速上市的要求，使前端工序的硅設(shè)計業(yè)失去一部分SoC客戶。

90nm節(jié)點以下的芯片設(shè)計費用猛增，導(dǎo)致設(shè)計項目減少，而且開發(fā)新EDA工具需要數(shù)以百億美元的資金的投入，導(dǎo)致硅設(shè)計業(yè)出現(xiàn)大量的創(chuàng)新資金缺口。

根據(jù)電子應(yīng)用的走向，半導(dǎo)體市場今后20年內(nèi)將由消費電子作為新的增長點，硅設(shè)計業(yè)的服務(wù)對象從企業(yè)性的IT 和通信產(chǎn)品，變?yōu)樯鲜袝r間非常靈敏的消費電子產(chǎn)品，需要硅設(shè)計業(yè)提供高效率的統(tǒng)一設(shè)計平臺。

亞洲設(shè)計業(yè)的興起，促使美國和歐洲更多半導(dǎo)體項目東移。然而，美國政府不能放手讓作為半導(dǎo)體供應(yīng)鏈核心的硅設(shè)計技術(shù)大權(quán)旁落，束縛了硅設(shè)計業(yè)委托加工和技術(shù)轉(zhuǎn)移的手腳。

硅設(shè)計業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)的可行辦法，就是向水平整合發(fā)展，促進EDA設(shè)計商、晶圓制造商、設(shè)備供應(yīng)商、無廠制造商等相關(guān)業(yè)界的合作，所謂有錢出錢，有力出力，構(gòu)建全球一流水平的硅設(shè)計鏈。目前己取得成效，2005年3月第一個由應(yīng)用材料、ARM  、Cadence  和臺積電這些業(yè)界領(lǐng)先廠商組成的硅設(shè)計鏈協(xié)作組織( Silicon Design Chain Initiative，SDC )宣布成立，作為SoC  的協(xié)作組織，目標(biāo)是開發(fā)可預(yù)測性的、可再用的、經(jīng)濟的設(shè)計方案，確保一次流片成功的設(shè)計和工序流程的EDA工具。同時發(fā)表第一項合作成果，90nm的低功耗設(shè)計經(jīng)驗證，表明可降低工作功耗40%。今年2月，SDC  繼續(xù)發(fā)表更新的2.0版本，使待機漏電功率成倍降低。類似SDC的半導(dǎo)體硅設(shè)計協(xié)作組織將會繼續(xù)出現(xiàn)。

我國的硅設(shè)計業(yè)從2000年開始迅速發(fā)展，至今中小型設(shè)計公司和設(shè)計室共500多家，人數(shù)超過2萬，然而數(shù)量雖多而產(chǎn)值不高。我國硅設(shè)計業(yè)由于缺少自主知識產(chǎn)權(quán)和拳頭產(chǎn)品，也是整個半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的薄利環(huán)節(jié)。當(dāng)國際上半導(dǎo)體供應(yīng)鏈從合縱走向連橫整合，新的硅設(shè)計鏈作為最重要的一環(huán)而得到加強的經(jīng)驗，對我國硅設(shè)計業(yè)可能值得借鑒，推動業(yè)界從量變到質(zhì)變的升華，走出具有中國特色的硅設(shè)計鏈發(fā)展路線圖。(林聲)