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中芯国际赵海军:专注大生产技术,Foundry厂的宿命与钱途

芯师爷  · 公众号  ·  · 2017-09-25 18:41

正文


作为中芯国际(SMIC)的新任CEO,赵海军肩负着重担,同时也是踌躇满志。作为一家半导体代工厂的高管,他不但专业,还很率真,还颇具浪漫主义情怀。如果不信,下面有诗为证。

 

关于专注大生产技术,赵海军表示:“重要的事情讲三遍,我做运营副总裁的时候就讲过这方面的内容,现在担任了公司的CEO,依然要讲。我觉得中国半导体要做的,万变不离其宗,首先就是要把大生产技术做好,真正把我们的制造业做到有足够的竞争力。”

 

集成电路是一个很有特色的行业,我们这些半导体人会有各种体验,兴奋、挫折、苦恼等,经常交织在一起。实际上,这种心理体验和感受,古人都体验过,而且有诗为证。典型代表就是宋朝晏殊和柳永的名句:“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路”,“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”。

 

 

我想,包括我在内,很多半导体人,都会对“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”有深刻的体验,具体不多说,业内人都懂得。

领导艺术


在工业界做制造,不管是高科技还是普通的科技领域,对经理和主管的考核标准,首先就是方向感要对,也就是说,他所做的,90%是方向正确的,别走黑道。其次,就是要知人善任,知道哪些人是人才,去重点培养,哪些不是,要换掉。

 

再往上进一步,到了CEO的位置,就是要保证公司的战略要正确,团队士气高昂。

关于摩尔定律


眼下,整个半导体产业正处于一个转型期,就像那句耳熟能详的英文歌词说的那样,现在是“it’s a new world, it’s a new start”。大家知道,半导体行业一直按照摩尔定律前进,而最近几年情况似乎有所变化,有人说现在已经处于后摩尔定律时代,还有人干脆说,摩尔定律已经死了。

 

 

我一直认为,摩尔本人是个英雄,最主要的原因是他控制着Intel的研发进程。他在任的时候,就要求团队严格按照摩尔定律的进程走,不能快,也不能慢,就要按照他说的,每两年前进一代。但现在摩尔本人已经退休,Intel的研发进程已经不像他在位时那样精准前进,而是时而快,时而慢。这在客观上造成了摩尔定律不准,产业似乎已经不按其规划的那样前进了,这很正常。

 

然而,半导体制造工艺向更高水平的小尺寸方向走,毕竟还是有其客观需求的,这源于成本控制,以及高集成度的需求。


实际上,人心里的需求,才是真正的需求,而你生活中实际的需求,并不是真正的需求,例如你的手机在实际使用中,很少需要256G的存储容量,但时大家就是要买存储容量越来越高的手机,这是为什么呢?因为你心里需要它,这才是推动市场发展的真正动力所在。

 

摩尔定律也是这样,它依然有效,但情况发生了一些变化,已经不是两年前进一代了,而是两年三代了,也就是说,它变快了。

 

目前,EUV光刻设备和技术已经在7nm工艺上占据主流,它也使半导体制造行业快速发生着变化,因为一切似乎都是全新的,一切都得从头来,难度很多,但我们还是要去做,朝着那个方向努力着。

 

 

从28nm到14nm,从die尺寸方面讲,按正比例缩小,实际上缩小了四分之三。而从14nm到7nm,又进一步缩小了四分之三。

 

在性能方面(同样功耗下,处理速度,能处理的数据量等),从28nm到14nm,提升了44%,而从14nm到7nm,性能平均提升了43%。而中芯国际在做的,如果攻克从28nm到7nm难关的话,性能可以提升68%。可见,7nm是大势所趋,大家都会做的。

 

目前,在7nm工艺上使用的是标准的193nm波长EUV光刻技术,再加上喷水的浸润式技术,配合起来做。这样做的最大好处就是容易做,以前的经验大都能用上,而不利之处在于,它有80多个layer,这会导致成品率下降,缺陷增加了,管理难度也增大了,而且周期特别长。业界有一个制造的“摩尔定律”:市场很大,但真正属于你的,就是有限的那么多,你所能看到的客户需求(在确定的性能和价钱情况下),你能看多远?很负责任地说,我只能看到未来地3个季度。那是否有人能看到4个季度以后地需求呢?我说,很少!

 

最近,我拜访了客户,大家普遍觉得,预测这件事特别难!看3个季度是可以的,但如果有人很确定的说他能看到4个季度后的需求情况,我可以很负责任地说:都是胡扯!

 

因此,对市场的反应速度非常重要如果客户从你要产品,你就要在两个季度内提供,因此,两个季度以后,这个市场很可能已经不属于你的这一代产品了,会有新一代、更先进的产品替代你。

 

因此,我这这些做制造的,在业内有个不成文的规定,就是要在60天之内,把符合客户要求的硅片交到他们手中,后续还要做封装测试等工作,大概一个月,加起来一共是一个季度,这样的周期是最为合理、靠谱的。

 

60天之内做完,实现起来的难度是不小的。如果是以前的0.18微米、0.25微米工艺,实现起来很容易,因此那时只需要20~26个layer。但是做7nm,却需要82个layer,要在60天内做完,是一件很难的事情。

 

2001年的时候,很多做半导体的都难以继续下去,一个原因是受到互联网泡沫破灭的冲击,整个市场的行情相当惨淡,价钱很低,很难盈利。还有一个很重要的原因,那就是摩尔定律在那时就迎来了第一次挑战,按照摩尔定律的说法,尺寸缩小,如果单边缩小0.707,那么双边就会缩小 50%,同时,电压也等比例缩小。而到了2001年,人们发现电压已经没法再缩小了,原因主要有两个:一是相应的工业生产参数没办法缩小,如果是做泛模拟类电路的话,就更加明显了,因为信噪比很难搞定。

 

第二个原因就是,硅单晶常温下的电压是1.12V,再降的话,电阻会变大,发射效率问题会很突出,也就能做到1V左右,很难再降低了。2001年就经历了这样的瓶颈,频率再增加的意义已经不大了,当时,Intel的CPU主频做到了3GHz,很难再提升了,因为,更高的频率,就意味着高功耗。为了解决这个问题,从那时起,出现了两种解决方案:

 

 

一是在电路设计上做文章,即不然所有的电路模块同时工作,根据需要,只让一部分工作,这就在很大程度上解决了功耗问题,这实际上就是多核的概念。

 

另外一个方法,就是在制程工艺方面,改变硅材料的做法,即在增加电流的情况下,发热量不变,这就需要减少漏电流,实现方法就是增加载流子的迁移率。胡正明教授发明的FinFET技术,很好地解决了这个问题,现在,晶体管上耗面积的已经不是沟道宽度了,而是晶体管的长度,因为这种立体结构,使得单位面积上的驱动能力加强了,就不需要很大的晶体管尺寸,从而使得7nm、5nm、3nm实现起来容易了很多,不需要做颠覆性的工艺结构改变,只需要把沟道的做得深一点。

 

 

在这方面,3D NAND和FinFET逻辑电路的原理是相通的,关键都是不断深挖晶体管的深度,这只是个工艺问题,不是物理问题。另外,这种工艺对沟道的宽度没有严格的要求,因此就可以做得更宽一些,从而减少了漏电。

 

 

从28nm到14nm的FinFET工艺,虽然电流增大了,但沟道并没有减小,再加上工艺方面的改善,可以使漏电减少两个数量级。这很适合物联网、5G等新兴应用对低功耗的迫切要求。因此可以说,未来物联网中用到的芯片,采用FinFET工艺是最为理想的选择。

 

产品方面的发展


据说中国已经有1300多家IC设计公司,这里边实际上有很多是同一家公司的分公司,有重复计算的嫌疑,科学地统计,虽然没有1300那么多,但500~600家肯定是有的。

 

企业传统做产品的策略是:先在低端冲量,达到一定市场规模和收入水平后,开始做毛利率相对较高的终端,如果这个做好了,上市了,就开始冲刺高端,即平台系统。

 

 

未来,我们要做大生产,首先就是工厂,50亿~60亿美元的话,首先要做的产品,也是大热的物联网,其特点就是少量多样。具体到产品方面,有的做元器件,有的做终端,有的做系统,还有做雾的,有做霾的,这些东西数量太大,无法传输到云上去,例如小区内大量的摄像头,每天会产生海量的数据,先要进行本地处理、筛选。

 

 

由于当今的EDA软件越来越强大,使得很多系统和互联网公司做芯片的门槛逐渐降低,像苹果、谷歌、华为、小米、百度等公司,都在不断加强在自研芯片方面的投入力度,这些对于元器件厂商来说,显然不是个好消息。

 

可以说,这些做云端的大的系统和互联网公司的需求,是未来集成电路市场真正的需求所在,也是未来的主要驱动力。

 

还有一个市场,那就是5G。可以说,对于电话来讲,5G纯属多余,但从数据量的存储角度看,它的存在是很有必要的。

 

对于未来的各种新兴技术和应用市场,CMOS技术依然有广阔的用武之地,具体不在这里多说了。

 


IC产业的未来增长在哪里


近些年,全球半导体产业增长缓慢,其增长率似乎与美元的贬值速度产不多。显然,这个产业需要新的、更有力的驱动因素了。

 

 

未来,手机的数量肯定还是增长的,人工智能(AI)更会快速增长,而且,这二者融合的趋势也愈加明显,另外,还有5G、云等,都是未来产业的驱动因素。

 

在这些未来的收入当中,有六分之一是有Foundry提供的,即360亿美元市场当中,有60亿美元是属于Foundry的。

 

 

未来,按照不同的技术节点,Foundry的增长速度是非常快的。

 

Foundry厂有60%多的业务来源于手机,汽车是未来,但就目前来看,其占总输入的比例还是比较小。所以,今后很长一段时间内,手机依然是众Foundry厂的首要考量板块。

 

 

就手机而言,不同的功能电路(处理器SoC,RF,生物识别、传感器、显示驱动、电源管理等),不同的区域市场(非洲,南美洲,亚洲等),以及不同的制程工艺节点,都需要Foundry厂做深入地研究。

 

 

越来越多的手机开始采用OLED显示这种屏幕的驱动电路与传统LCD的驱动有很大区别,它对数据量的存储提出了更高的要求。以前的LCD驱动电路用0.18、0.25微米工艺就可以了,而OLED显示驱动上来就要用55nm的制程。这些也是Foundry厂竞争的重要因素。

 

 


目前,中芯国际已经是中国大陆地区最大的Foundry厂,但就全球范围而言,它依然很小,还有很多事情要做,很长的路要走。

 

 

Foundry厂的技术布局方面,大家前进的步伐都比较快,比IBM和Intel还要快。

 

Foundry厂如何应对?


谈到大生产技术,就要考虑设备问题,即你买的设备是不是比同等工艺节点的对手引进的早,是否先进很多,是否真的有竞争力,能不能把竞争力带给你的客户。这些都是非常重要的。

 

业界有一种说法,中国不需要做大做强代工了。这种说法是不正确的,因为我们的客户永远需要不同的代工来源,以保障其产品的出货,降低风险。

 

 

谈到价格,虽然我们本土的代工相对于国际大厂有优势,但毕竟是高科技产业,要想发展,就不能停留再低端,搞价格战,因此,我们必须要制定一个科学合理的价格体系,才会有持续地研发投入,才能保证健康地发展。

 

中国半导体发展,一个“快”字很重要,要准时交付,要精益求精,大家要互相配合,不拖后腿。作为代工厂,对客户,对IC设计企业来说,我们绝对不拖他们地后腿。

 

对于代工厂来说,如果比对手晚了6个月,你是永远无法追上的,就算追上了,达到平衡线的时候,其实已经没有利润了,利润如下图中阴影面积所示。。

 

结语


听完赵海军的发言,这里就产生了一个疑问:中国的Foundry厂是多?还是少呢?是遍地开花的策略?还是重点突破,做大做强?这些就留给大家思考、讨论吧。






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