集成電路領(lǐng)域幾個值得關(guān)注的動向

　　2015中國集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會上，清華大學(xué)教授、核高基重大專項技術(shù)總師魏少軍博士從五個方面詳細(xì)闡述了全球集成電路產(chǎn)業(yè)的狀態(tài)、值得關(guān)注的動向以及未來半導(dǎo)體公司的發(fā)展趨勢等。

　　1、集成電路產(chǎn)業(yè)步入成熟期

　　全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟期，顯著的四個標(biāo)志在于風(fēng)險投資大幅下降，IPO公司數(shù)量減少，上市公司數(shù)量減少，同行激烈競爭加劇，技術(shù)、市場、人才等資源相大企業(yè)集中的趨勢愈發(fā)明顯，強強聯(lián)合成為新常態(tài)。

　　全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并購正在加劇，不少領(lǐng)域已形成2-3家企業(yè)壟斷的局面。截至現(xiàn)在，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并購金額達(dá)1021億美元，而中國半導(dǎo)體參與的并購項目僅有62.85億美元。這輪并購與以往不同的地方在于，除收益增長、典型的產(chǎn)業(yè)邏輯、戰(zhàn)略擴展、投資整合外，中國因素成為影響并購的主要動因之一。

　　平面體硅工藝技術(shù)遭遇挑戰(zhàn)，F(xiàn)inFET技術(shù)以其特有的架構(gòu)和工藝得到了行業(yè)認(rèn)可。工藝節(jié)點以65nm、32/28nm、16/14nm、7nm的大節(jié)點和45/40nm、22/20nm、10nm的“小”節(jié)點現(xiàn)象持續(xù)發(fā)展下去。

　　今年是摩爾定律發(fā)現(xiàn)五十周年紀(jì)念，加州理工工程學(xué)和應(yīng)用科學(xué)名譽教授卡弗·米德說過，“摩爾定律不是一個物理定律，它是人類本性的一個定律，人們知道什么在物理上是可能實現(xiàn)的，而且對之深信不疑。戈登和我一起共事，摩爾定律徹底改變了我們的生活?！?/p>

　　摩爾定律對于科技的變化是數(shù)量級的，具有一定的社會意義。前英特爾公司高級主管比爾·戴維德說過，“由于摩爾定律，我們將會重建所有的物質(zhì)性基礎(chǔ)設(shè)置?！蹦柖蛇^去數(shù)十年一直支持微電子技術(shù)過去50年中按照2n的速度快速發(fā)展。

　　IBM最近公布7nm工藝測試芯片，這顆芯片的推出告訴我們價格的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展仍然強勁。那么摩爾定律還能持續(xù)多久?

　　胡正明教授認(rèn)為，“企業(yè)為了掌握更高的市場份額、擊敗競爭對手，必須要拼命把產(chǎn)品性能翻一番甚至兩番，這些都是可以理解的，也正是它們的努力使得電子產(chǎn)業(yè)取得了如此的高速發(fā)展。...然后，沒有哪一種指數(shù)增長是可以一直延續(xù)下去的。...但那可能是更好的結(jié)果。與其燦爛無比的又一閃而逝，穩(wěn)定而緩慢的增長顯然是更好的?！?/p>

　　在延續(xù)摩爾定律的方向上有 5nm光刻技術(shù)，在拓展摩爾定律的方向上有異質(zhì)器件系統(tǒng)集成技術(shù)，如果你是做芯片封裝的會非常關(guān)注，如何將異質(zhì)器件封裝到一起。在后CMOS技術(shù)上，世界首枚分子級晶體管問世，進(jìn)入亞納米尺度后，晶體管的工作原理將發(fā)生根本性變化。在碳納米管晶體管上，IBM研究人員發(fā)明了移動電子的技術(shù)，有助于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)急需生產(chǎn)更快、效能比更高、集成度更高的芯片。

　　2、半導(dǎo)體技術(shù)持續(xù)進(jìn)步

　　目前主要代工廠的工藝進(jìn)步節(jié)點如下圖

　　過去40年中，CPU總是采用最先進(jìn)的工藝，保證摩爾定律長期有效，對持續(xù)提升CPU的性能和能量效率至關(guān)重要。工藝技術(shù)進(jìn)步一代，性能提升40%，功耗下降50%，能量效率提升2.8X;現(xiàn)行CPU架構(gòu)下，進(jìn)一步提升能效的途徑除了采用多核和眾核架構(gòu)外，工藝仍然是決定性因素。

　　目前半導(dǎo)體存儲器DRAM正面臨兩大挑戰(zhàn)，一方面電荷量下降，可靠性變差，另一方面在容量增加的同時，刷新功耗上升。半導(dǎo)體存儲器領(lǐng)域呈現(xiàn)了幾大新技術(shù)：STT-MRAM技術(shù)的挑戰(zhàn)在于如何降低臨界電流密度;3D NAND Flash對于提高容量、提升儲存效率大有好處;最令人振奮的便是英特爾和美光推出的Xpoint技術(shù)，采用PCM，具體材料組成未知，具有非揮發(fā)性，速度比DRAM稍慢，但比NAND Flash快1000倍，可用于CPU的二級緩存，由于不需刷新，功耗大幅降低，密度極高(二層可達(dá)128Gb)，對計算機將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，不僅影響硬件架構(gòu)，而且將影響到軟件的編程模式。

　　目前工藝技術(shù)已邁入10nm量級，集成電路亟待架構(gòu)創(chuàng)新。專用集成電路面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，一顆芯片研發(fā)投入高達(dá)1.5～2億美元，需要銷售3000萬顆以上才能收回成本?？芍貥?gòu)計算被公認(rèn)為是兼具高能量效率和高靈活性的突破性集成電路技術(shù)，未來將成為可重構(gòu)計算芯片的主流。

　　3、系統(tǒng)整機公司強化集成電路產(chǎn)品研發(fā)

　　經(jīng)過多年的分工合作發(fā)展后，系統(tǒng)整機廠商正在重新開始自研核心芯片，這一變化將對全球集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。從圖表中可看出，蘋果6.15億美元的研發(fā)投入獲得69.82億美元的產(chǎn)出，華為2.57億美元的投入，獲取21.68億美元的產(chǎn)出。這極大的鼓勵了其它系統(tǒng)整機廠商投入到芯片研發(fā)中來，并通過自行研制核心芯片，最大限度的保證其整機的競爭力。

　　系統(tǒng)整機自研芯片的占比從2010年的不足4%到2020年的14%，相當(dāng)一部分半導(dǎo)體廠商逐漸轉(zhuǎn)型，逐漸向整機廠商靠攏。中國目前消費芯片主要來自于國外廠商，從2014年的1/3，到2020年后，這一數(shù)據(jù)占比將下降至50%。

　　4、全球集成電路產(chǎn)業(yè)可能進(jìn)入新一輪調(diào)整

　　WSTS報告指出，2015年上半年全球半導(dǎo)體銷售額1671億美元，同比增長3.6%。由于市場需求疲軟，2015年7月全球半導(dǎo)體市場銷售額比2014年7月時下滑0.9%;并較今年6月的279.9億美元降低0.4%。由此預(yù)測2015年很可能成為芯片市場地成長、或零成長，甚至是衰退的一年。從地區(qū)市場來看，中國、亞太地區(qū)與美洲地區(qū)的年銷售量增加，但歐洲(-12.5%)與日本(-13.3%)卻大幅衰退，部分原因是受到貨幣貶值的影響。

　　IC Insights預(yù)測2015年全球IC市場衰退1%，主要產(chǎn)品銷售情況不容樂觀：

　　1)PC市場增長出現(xiàn)大幅下調(diào)，預(yù)計2015年生產(chǎn)數(shù)量將下滑8.7%;

　　2)智能手機與平板電腦在內(nèi)的市場增長都已向下調(diào)整。在iPhone 6與iPhone 6 Plus強勁表現(xiàn)的帶動下，蘋果的iPhone仍為最大亮點，其單位增長率或者平均售價都上漲強勁。不過高端安卓智能手機表現(xiàn)不佳，中國智能手機市場普遍疲軟;

　　3)可穿戴設(shè)備的產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長。然后在2019年以前，用于可穿戴設(shè)備的處理、感應(yīng)與通信芯片的營業(yè)額將只占整體半導(dǎo)體營業(yè)額的1%;

　　4)DRAM仍然是整個半導(dǎo)體行業(yè)的主要增長動力。繼2014年增長32%后，2015年DRAM營業(yè)額有望增加3.8%。但Gartner預(yù)測由于新的需求成長局限性以及技術(shù)遷移持續(xù)演進(jìn)，2016年市場將出現(xiàn)過度供給或需求不足的狀況。2016年DRAM產(chǎn)業(yè)營業(yè)額可能下滑17.4%，到2017年將再減少7%。

　　5)強勢美元導(dǎo)致全球IC市場銷售額下降3個百分點;

　　6)今年以來以美元計價的IC平均單價下降5%。

　　——Gartner、WSTS、WSC、IC insights報告

　　中國集成電路產(chǎn)業(yè)1-9月統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為2540.5億元，同比增長19.5%。其中，設(shè)計業(yè)銷售額為941.3億元，同比增長26.1%;制造業(yè)銷售額605.7億元，同比增長24.6%;封裝測試業(yè)銷售額993.5億元，同比增長11.2%。

　　5、對幾個基礎(chǔ)問題的思考

　　基礎(chǔ)材料方面更加重視多學(xué)科融合及協(xié)同，以“電子+材料+物理“共同發(fā)展的形勢協(xié)同進(jìn)步。在器件結(jié)構(gòu)上聚焦亞納米尺度，體硅平面結(jié)構(gòu)已經(jīng)終結(jié)，3D結(jié)構(gòu)將是硅基終極技術(shù)，亞納米尺度晶體管將是全新的材料和全新的工作機理。在電路架構(gòu)，變結(jié)構(gòu)集成電路將以軟硬件雙編程、軟件定義芯片為主。

　　半導(dǎo)體存儲器將一路沿著BiCS技術(shù)演進(jìn)，3D-NAND、Xpoint和Re-RAM都是未來可關(guān)注的存儲器技術(shù)，以Cross-Point架構(gòu)，重視材料、應(yīng)力、散熱等方面。

　　工藝、設(shè)計上將更加關(guān)注企業(yè)間的緊密合作，現(xiàn)如今“中芯國際+高通”，“華為+聯(lián)發(fā)科”都是業(yè)內(nèi)的典范。

　　6、總結(jié)

　　摩爾定律還在延續(xù)，但遇到諸多挑戰(zhàn);整機企業(yè)再次青睞芯片研發(fā)，必將引發(fā)芯片設(shè)計業(yè)和制造業(yè)新一輪的調(diào)整;全球集成電路產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入調(diào)整期，我國也不能幸免;集成電路的發(fā)展需要電子、材料、物理等多學(xué)科融合和協(xié)作，器件、電路、材料等多種基礎(chǔ)技術(shù)盼望突破;擁有戰(zhàn)略的判斷力、戰(zhàn)略的預(yù)見力、戰(zhàn)略定力和戰(zhàn)略的執(zhí)行力是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)贏得發(fā)展的關(guān)鍵。