為技術(shù)找到核心 多元化半導體持續(xù)創(chuàng)新

觀察2021年主導半導體產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)趨勢，可以從新的半導體技術(shù)來著眼。基本上半導體技術(shù)可以分為三大類，第一類是獨立電子、計算機和通訊技術(shù)，基礎(chǔ)技術(shù)是CMOS FinFET。在今天，最先進的是5奈米生產(chǎn)制程，其中有些是FinFET 架構(gòu)的變體。這是大規(guī)模導入極紫外光刻技術(shù)，逐步取代多重圖形光刻方法。

 

圖一 : 半導體的創(chuàng)新必須能轉(zhuǎn)化為成本可承受的產(chǎn)品。

我們知道，目前三星、臺積電和英特爾等主要廠商與IBM 合作，正在開發(fā)下一代3/2奈米，在那里我們會看到一種新的突破，因為他們最有可能轉(zhuǎn)向奈米片全環(huán)繞閘極技術(shù)，以延續(xù)摩爾定律。若他們成功開發(fā)出新的架構(gòu)，就可以預期摩爾定律會延續(xù)一定的年限。
若想明白和做好做半導體領(lǐng)域的業(yè)務，還需要有一些提升整合度的方法，這就是所謂的3D異構(gòu)，也就是利用多個裸片堆棧方法，來得到尺寸最小的系統(tǒng)芯片、系統(tǒng)模塊和系統(tǒng)封裝的能力。至于內(nèi)存和非閃存或DRAM，它們在存儲容量和耗能方面也遵循類似的過程，越來越節(jié)能，性能越來越好。

 

圖二 : ST的技術(shù)差異化基礎(chǔ)。

多元化半導體技術(shù)核心
意法半導體總裁暨執(zhí)行長Jean-Marc Chery認為，在這個多元化的半導體世界，所有技術(shù)都有一個核心。多元化半導體公司包括TI、NXP、英飛凌、瑞薩和ST。首先是成熟的0.5微米到110納米的8吋芯片制造技術(shù)，其次是成熟的19納米到28納米的12吋芯片制程。我們將28納米視為晶體管閘極創(chuàng)新技術(shù)，用于制造成熟的12吋芯片。

 

圖三 : 意法半導體總裁暨執(zhí)行長JEAN-MARC CHERY

當然，這個多元化產(chǎn)品的半導體世界，很快就會開始用16 納米 FinFET技術(shù)，設(shè)計制造嵌入式處理解決方案和電源管理解決方案，滿足汽車和某些特定工業(yè)應用需求。

也許我們還會有另一個節(jié)點，10納米到12納米的FD-SOI技術(shù)。在這個多元化的世界，技術(shù)節(jié)點分布的非常廣泛，從0.5微米到110納米的8吋，再從19納米到28納米成熟的12吋，然后再到FinFET雙重圖形和三重圖形制程。這就是我所看到的現(xiàn)狀和趨勢。
同時，在多元化的世界中，功率組件材料和碳化硅創(chuàng)新速度很快（包括封裝創(chuàng)新、晶圓制造創(chuàng)新、原料創(chuàng)新，升級到8吋，以及優(yōu)化單個硅錠產(chǎn)生晶圓數(shù)量的生產(chǎn)率創(chuàng)新）。所以，我們在功率組件領(lǐng)域也看到了快速的創(chuàng)新。
光學感測解決方案的發(fā)展趨勢也是這樣，我們都想要光學感測解決方案有更高的性能、更小的面積、更低的價格，目前許多半導體大廠（例如ST）正在推動這一技術(shù)創(chuàng)新。MEMS與光學傳感器的情況非常相似，大家都希望傳感器精度更高，功耗更低。所以多元化半導體世界的解決方案也是非常相似。這是因為基于CMOS（模擬、混合訊號、射頻、嵌入式閃存）的功率產(chǎn)品、傳感器和純模擬技術(shù)是相互融合的，所以，芯片不限于內(nèi)存、計算機和通訊。這就是我所看到的現(xiàn)狀趨勢。同樣，在多元化半導體世界里，我們也提供3D整合這個了不起的創(chuàng)新技術(shù)。

將創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品
JEAN-MARC說，2021年半導體的成功在于創(chuàng)新。希望客戶不要限制自己的創(chuàng)新力，半導體將能永遠滿足大家的需求。創(chuàng)新是全球半導體業(yè)共同努力的結(jié)果，有了適當規(guī)模的重要參與者投入適量的研發(fā)、創(chuàng)新和設(shè)計資金，才能把世界上最好的創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為對客戶而言，成本可承受的產(chǎn)品。
觀察半導體產(chǎn)業(yè)競爭格局現(xiàn)狀，整個產(chǎn)業(yè)分為計算機、通訊、內(nèi)存和多元化組件。市值超過100億美元的公司基本上有25家，有兩種運營模式：一種是無晶圓廠，另一種是IDM。在代工領(lǐng)域，有三家市值超過100億美元的上市公司，分別是臺積電、聯(lián)電和中芯國際，還有兩家沒有上市的代工廠，他們是GlobalFoundries和三星?，F(xiàn)階段確保半導體產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和創(chuàng)新非常重要，各國提供激勵政策，鼓勵公平創(chuàng)新和均衡制造，這是我們所期望的，以及未來會規(guī)劃的方向。
意法半導體市場營銷、傳播及策略發(fā)展總裁Marco Cassis指出，以ST為例，我們并不打算布局一個只有在本地開發(fā)IP、本地設(shè)計、本地研發(fā)和本地制造才能展開業(yè)務的世界，這不是該公司謀劃的世界。從政府鼓勵政策中可以看到重要的政治意愿，而希望這些政策能夠推動公平競爭，推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而在現(xiàn)階段各種芯片缺貨的現(xiàn)狀下，出現(xiàn)這種情況也是正常的。

 

圖四 : 意法半導體市場營銷、傳播及策略發(fā)展總裁Marco Cassis

有些客戶也在改變他們的想法，對資本參與持開放的態(tài)度。我們將這種趨勢視為新事物，但不打算支持某些國家的芯片完全獨立自主的倡議和行動。不要忘記，在晶圓廠和制造技術(shù)背后，還有封測廠，這是一個復雜的封裝過程。然后還得有設(shè)備制造商提供晶圓制造和封裝設(shè)備，EDA供貨商提供IP和設(shè)計工具。同時技術(shù)研發(fā)也非常重要，隨著人工智能的到來，研發(fā)變得更加重要，最后還要有材料制造商。像美國、歐洲、中國大陸、臺灣、韓國和日本那樣退群單飛，是不可行的。

半導體差異化需要重新定義？
對于嵌入式處理解決方案，我們知道，直到某一個時間點前，評測微控制器所參考的產(chǎn)業(yè)標準是基于CMOS的技術(shù)，然后是嵌入式NOR閃存或嵌入式分離閘極技術(shù)。差異化更多地是圍繞著生態(tài)系統(tǒng)，圍繞微控制器來構(gòu)建軟件生態(tài)系統(tǒng)，并簡化解決方案設(shè)計過程。同樣重要的是有一個廣泛的產(chǎn)品規(guī)劃。在微控制器發(fā)展到某一個階段前，差異主要集中在產(chǎn)品組合上。
現(xiàn)在，技術(shù)節(jié)點不斷縮小，根據(jù)應用和功耗，提供更高的實時性能。我們已經(jīng)看到了一些差異化機會。例如，ST所開發(fā)的一種分離閘極替代技術(shù)，稱之為EESTM。此外，ST還開發(fā)出了28奈米PCM相變內(nèi)存技術(shù)。在28奈米FD-SOI技術(shù)的車規(guī)微控制器，就內(nèi)建了PCM內(nèi)存和閃存。JEAN-MARC認為，在后段制程生產(chǎn)線測試驗證嵌入式閃存技術(shù)是汽車工業(yè)獨有的一個技術(shù)要求。 這項技術(shù)將有能力處理其他MCU的應用需求。
然后回到功率組件解決方案。同樣的差異化方法是，開發(fā)寬能隙材料、研發(fā)模塊、改善BCD架構(gòu)和技術(shù)，以及電流隔離，接著是能夠處理高壓的系統(tǒng)芯片和智能功能。
至于光學感測解決方案，設(shè)計飛行時間技術(shù)、模塊和紅外線成像傳感器，透過整合解決方案，發(fā)現(xiàn)提供整體方案的機會，來達成半導體差異化的目標。
至于在模擬組件方面。在ST的Agrate和Crolles兩個廠區(qū)，有BCD技術(shù)和CMOS技術(shù)，當這兩個工廠協(xié)作開發(fā)時，就可以研發(fā)出高性能的模擬技術(shù)，并有機會實現(xiàn)多樣化和差異化。我們知道，在純通訊產(chǎn)業(yè)中，對規(guī)模、市場和入市能力或門坎的要求非常高，所以，ST的策略是在10多年前就選擇脫離通訊市場，轉(zhuǎn)而專注于產(chǎn)品多元化和差異化，主要在深耕汽車和工業(yè)市場。但是有選擇地布局獨立電子市場，這是因為能夠提供差異性非常強的產(chǎn)品。

結(jié)語
現(xiàn)階段我們看到制造業(yè)格局發(fā)生了變化，市場集中度不高了，但這并不是讓大家感到擔心的事情。大型的半導體廠將會自我調(diào)節(jié)。ST的策略源于社會大趨勢，運營模式是IDM，且在歐洲和亞洲都擁有重要的基礎(chǔ)設(shè)施，并且正在世界各地部署自己的技術(shù)創(chuàng)新中心和應用實驗室。因此放眼一家全球性國際半導體公司，除了擁有多元化的半導體產(chǎn)品，并專注于固有市場（如汽車和工業(yè)市場）。未來也必將考慮市場格局的變化，且不會與世界脫鉤。