為半導體制造業(yè)提供可靠的硅設計鏈

在 Globalpress的2006電子峰會(huì )中，專(zhuān)題討論會(huì )“為半導體制造業(yè)提供可靠的硅供應鏈”對半導體制造和硅設計業(yè)界有一定的啟發(fā)性。

制造業(yè)從垂直走向水平

座談會(huì )主持人Joanne Itow(照片的左1)是半導體調研公司 Semico 的董事經(jīng)理，她強調了建立硅設計鏈的重要性。她說(shuō)：“在過(guò)去10~15年來(lái)，半導體制造和供應鏈發(fā)生了根本性的變化。過(guò)去采取垂直整合的結構方式，從電路設計、制造甚至某些設備和測試都是在同一屋檐下實(shí)現的；現在情況完全不同了，參與我們座談會(huì )的代表就有來(lái)自EDA、IP和設計、制造設備、晶圓代工、自動(dòng)測試等不同的公司。由于制造技術(shù)的高度復雜性和競爭性，半導體供應鏈采取分散結構非常有效，因為這些公司在不同領(lǐng)域內擁有特長(cháng)和研發(fā)經(jīng)驗?，F今，設計鏈的供應商面臨更嚴峻的挑戰，正如參加這次座談會(huì )的公司那樣, 首先要完成合同將產(chǎn)品送到用戶(hù)手中，還要實(shí)現合理的成本和方便的系統平臺整合服務(wù)?！?nbsp; 

 近十年來(lái)，半導體制造的物理層面比過(guò)去更具挑戰性，硅設計鏈內的許多成員必須共同努力為用戶(hù)提供快速和低成本的發(fā)展道路。例如對半導體制造廠(chǎng)和制造及測試設備供應商的挑戰是研發(fā)更精確的設備，EDA 公司致力于研發(fā)更好的可制造性設計工具。當前，新芯片的設計數量開(kāi)始收縮，只有少數公司有能力投入開(kāi)發(fā)自主芯片的大量資金，當前，由于新制造廠(chǎng)的大部分資金進(jìn)入亞洲，美國和歐洲是否繼續淡出半導體制造業(yè)？EDA 公司能否跟得上設計工具的研發(fā)，是否需要制造商或用戶(hù)的參與？

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

硅供應鏈向水平整合發(fā)展    
   
Cadence公司Aurangzeb的發(fā)言重點(diǎn)是“最近EDA 的動(dòng)向”，多年來(lái)硅設計業(yè)以Cadence為首，與Synopsys和Mentor形成了業(yè)界的三巨頭，對硅設計鏈做出重要貢獻。面對市場(chǎng)的變化， 高科技產(chǎn)品開(kāi)發(fā)策略也在調整中。當前，半導體公司普遍認為，消費電子產(chǎn)品將在今年和未來(lái)幾年內推動(dòng)半導體業(yè)的增長(cháng)。這種趨勢將使設計業(yè)界出現前所未有的變化，原因在于，個(gè)別的消費產(chǎn)品和技術(shù)要求與企業(yè)性用戶(hù)的不同。許多消費產(chǎn)品要在非常準確的時(shí)段內，以非常獨特的設計進(jìn)入市場(chǎng)，時(shí)段通常只有幾周的時(shí)間。如果產(chǎn)品具有正確的屬性，則可以創(chuàng )造幾千萬(wàn)美元的銷(xiāo)售額。但是，如果推出時(shí)間晚了，產(chǎn)品很可能沒(méi)有收益。因此，誰(shuí)是第一個(gè)或者第二個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)很重要，你一定要爭第一。  除此之外，消費產(chǎn)品還要求語(yǔ)音、數據和視頻的融合，最好是有一臺超級計量機裝在口袋中。為了實(shí)現這些要求，這些產(chǎn)品不但要有相應的內容，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(chǎng)，為此需要設計、制造和供應鏈的的整合，使產(chǎn)品具有唯一的獨特性。"                                                                                                                                                                            
應用材料公司 Michael的發(fā)言?xún)热菔恰?nbsp;可制造性設計(DFM )”。多年雄據半導體設備制造業(yè)首席的應用材料公司在DFM 方面有25~30年的經(jīng)驗，目標是完善從電路設計至制造的路線(xiàn)圖，使設計適合用戶(hù)的制造能力。在介紹應用材料的經(jīng)驗時(shí)，他說(shuō)：“我們始終堅持服務(wù)至上的宗旨。當前可制造性設計越來(lái)越復雜，它不再是一條供應鏈，實(shí)際上是一個(gè)供應圈。我們互相既是用戶(hù)，同時(shí)也是供應商。對我們來(lái)說(shuō)，多個(gè)層面之間的互動(dòng)極為重要?！睆?30nm 進(jìn)入90nm 再到65nm時(shí) ，情況就更加復雜了。 現在，45nm 的工藝開(kāi)發(fā)剛剛起動(dòng)，要處理的問(wèn)題涉及多個(gè)方面，最通用的解決方法是物理層由設計團隊承擔，但設計圖形沒(méi)法在晶圓上復制。這正是主要問(wèn)題之所在，因為它并不符合“您所見(jiàn)到的就是您所得到的”慣例。應用材料用了大量時(shí)間去了解和試圖解決該問(wèn)題。Michael 談到：現今的制程大都具有可變性，這些因素在向90nm  過(guò)渡時(shí)已表現出來(lái)，在65nm  向45nm  過(guò)渡時(shí)更為明顯。當我們設計更多消費電子產(chǎn)品時(shí)，功率成為更緊迫的問(wèn)題?，F實(shí)的介電層縮小到原子極限時(shí)，就要求電路解決諸如銅互連和材料變化等問(wèn)題。解決這些問(wèn)題需要團隊成員的合作，而用戶(hù)、合同商、供應商的整合能夠推動(dòng)成本的降低。

Chartered半導體公司Kevin的發(fā)言重點(diǎn)是“供應鏈企業(yè)之間的技術(shù)合作”。從事晶圓代工的新加坡Charerted多年來(lái)年銷(xiāo)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(guò)，退居第四。為了擴大生產(chǎn)和提高技術(shù)水平，在半導體業(yè)不景氣的2001~2002年，Chartered即開(kāi)始尋求世界級的合作伙伴，最近終于與IBM微電子公司 結成聯(lián)盟。Kevin認為：在共同技術(shù)平臺與IBM 合作是應對技術(shù)復雜性的可行辦法。公司投入40~60億美元巨資建廠(chǎng)，務(wù)求在增長(cháng)的半導體市場(chǎng)中占有更大份額?，F在，三星電子亦參加了該合作計劃，未來(lái)合作范圍將繼續擴大。

安捷倫公司John以“從測試設備觀(guān)點(diǎn)看垂直與水平整合”題目發(fā)言，他說(shuō)：“前不久在商業(yè)刊物上閱讀到一篇財經(jīng)文章，作者的觀(guān)點(diǎn)是：當供應鏈垂直整合時(shí)，就出現分散整合的力量；當供應鏈水平整合時(shí)，就出現分散整合的另一股力量。這種情況正在半導體供鏈中同樣出現，業(yè)界都從垂直整合走向水平整合獲得好處?！?nbsp; 同時(shí)John也指出困難所在：在轉換過(guò)程中仍存在許多挑戰。在垂直鏈內設計、生產(chǎn)、制造三者之間的知識交流相對比較簡(jiǎn)單，因為他們大部分時(shí)間是在同一公司內進(jìn)行。而且三者分享和承擔同一財務(wù)目標。垂直整合雖然不夠敏捷，但它已構成一種商業(yè)模式。在水平供應鏈中，項目采取外包，使得過(guò)程容易管理。當分包商的用戶(hù)跨越幾個(gè)區段時(shí)，相互之間的效益就可能削弱。當然，不會(huì )有能包治百病的靈丹妙藥。水平鏈也有來(lái)自本身的挑戰，最重要的問(wèn)題是，由于供應鏈內各公司的知識產(chǎn)權和財務(wù)目標互不相同所引起?！?

設計業(yè)的挑戰和應對

早在春秋戰國時(shí)期，我國的思想家根據政治地緣學(xué)提出了“合縱”和“連橫”的結盟策略，促進(jìn)了中國的統一和進(jìn)步，以后又出現多次“分久必合，合久必分”的朝代更換。在半導體供應鏈中的垂直整合向水平分散，體現了合縱和連橫策略的靈活運用。傳統的設計、制造、封裝、測試的半導體供應鏈分為前后工序，事實(shí)證明這種垂直供應鏈的分工推動(dòng)了半導體業(yè)的發(fā)展。近十多年來(lái)，130nm  以上的節點(diǎn)順利攻破后，隨著(zhù)90、65、45nm  三個(gè)尺寸越來(lái)越小節點(diǎn)的技術(shù)難度的增加，半導體供應鏈內的各個(gè)環(huán)節變得首尾相接，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。

作為半導體供應鏈中的最重要環(huán)節的硅設計鏈曾有輝煌的業(yè)績(jì)，系統芯片(SoC)技術(shù)的突破，使單芯片電子系統得以實(shí)現，2005年硅設計業(yè)市場(chǎng)達到70多億美元。具備DFM的EDA工具促進(jìn)無(wú)廠(chǎng)半導體業(yè)( Fabless )的實(shí)現，2005年Fabless產(chǎn)值突破400億美元，約占全球半導體總產(chǎn)值的1/6。但是，當前硅設計鏈面臨更多的挑戰，突出表現為：

后端工序的封裝業(yè)開(kāi)發(fā)成功創(chuàng )新的系統級封裝(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，使前端工序的硅設計業(yè)失去一部分SoC客戶(hù)。

90nm節點(diǎn)以下的芯片設計費用猛增，導致設計項目減少，而且開(kāi)發(fā)新EDA工具需要數以百億美元的資金的投入，導致硅設計業(yè)出現大量的創(chuàng )新資金缺口。

根據電子應用的走向，半導體市場(chǎng)今后20年內將由消費電子作為新的增長(cháng)點(diǎn)，硅設計業(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(shí)間非常靈敏的消費電子產(chǎn)品，需要硅設計業(yè)提供高效率的統一設計平臺。

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

硅設計業(yè)應對挑戰的可行辦法，就是向水平整合發(fā)展，促進(jìn)EDA設計商、晶圓制造商、設備供應商、無(wú)廠(chǎng)制造商等相關(guān)業(yè)界的合作，所謂有錢(qián)出錢(qián)，有力出力，構建全球一流水平的硅設計鏈。目前己取得成效，2005年3月第一個(gè)由應用材料、ARM  、Cadence  和臺積電這些業(yè)界領(lǐng)先廠(chǎng)商組成的硅設計鏈協(xié)作組織( Silicon Design Chain Initiative，SDC )宣布成立，作為SoC  的協(xié)作組織，目標是開(kāi)發(fā)可預測性的、可再用的、經(jīng)濟的設計方案，確保一次流片成功的設計和工序流程的EDA工具。同時(shí)發(fā)表第一項合作成果，90nm的低功耗設計經(jīng)驗證，表明可降低工作功耗40%。今年2月，SDC  繼續發(fā)表更新的2.0版本，使待機漏電功率成倍降低。類(lèi)似SDC的半導體硅設計協(xié)作組織將會(huì )繼續出現。

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