為技術(shù)找到核心 多元化半導體持續創(chuàng )新

觀(guān)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(lái)著(zhù)眼?；旧习雽w技術(shù)可以分為三大類(lèi)，第一類(lèi)是獨立電子、計算機和通訊技術(shù)，基礎技術(shù)是CMOS FinFET。在今天，最先進(jìn)的是5奈米生產(chǎn)制程，其中有些是FinFET 架構的變體。這是大規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(chǎng)商與IBM 合作，正在開(kāi)發(fā)下一代3/2奈米，在那里我們會(huì )看到一種新的突破，因為他們最有可能轉向奈米片全環(huán)繞閘極技術(shù)，以延續摩爾定律。若他們成功開(kāi)發(fā)出新的架構，就可以預期摩爾定律會(huì )延續一定的年限。
若想明白和做好做半導體領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，還需要有一些提升整合度的方法，這就是所謂的3D異構，也就是利用多個(gè)裸片堆棧方法，來(lái)得到尺寸最小的系統芯片、系統模塊和系統封裝的能力。至于內存和非閃存或DRAM，它們在存儲容量和耗能方面也遵循類(lèi)似的過(guò)程，越來(lái)越節能，性能越來(lái)越好。

 

圖二 : ST的技術(shù)差異化基礎。

多元化半導體技術(shù)核心
意法半導體總裁暨執行長(cháng)Jean-Marc Chery認為，在這個(gè)多元化的半導體世界，所有技術(shù)都有一個(gè)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行長(cháng)JEAN-MARC CHERY

當然，這個(gè)多元化產(chǎn)品的半導體世界，很快就會(huì )開(kāi)始用16 納米 FinFET技術(shù)，設計制造嵌入式處理解決方案和電源管理解決方案，滿(mǎn)足汽車(chē)和某些特定工業(yè)應用需求。

也許我們還會(huì )有另一個(gè)節點(diǎn)，10納米到12納米的FD-SOI技術(shù)。在這個(gè)多元化的世界，技術(shù)節點(diǎn)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狀和趨勢。
同時(shí)，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(gè)硅錠產(chǎn)生晶圓數量的生產(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(xué)感測解決方案的發(fā)展趨勢也是這樣，我們都想要光學(xué)感測解決方案有更高的性能、更小的面積、更低的價(jià)格，目前許多半導體大廠(chǎng)（例如ST）正在推動(dòng)這一技術(shù)創(chuàng )新。MEMS與光學(xué)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，芯片不限于內存、計算機和通訊。這就是我所看到的現狀趨勢。同樣，在多元化半導體世界里，我們也提供3D整合這個(gè)了不起的創(chuàng )新技術(shù)。

將創(chuàng )新轉化為產(chǎn)品
JEAN-MARC說(shuō)，2021年半導體的成功在于創(chuàng )新。希望客戶(hù)不要限制自己的創(chuàng )新力，半導體將能永遠滿(mǎn)足大家的需求。創(chuàng )新是全球半導體業(yè)共同努力的結果，有了適當規模的重要參與者投入適量的研發(fā)、創(chuàng )新和設計資金，才能把世界上最好的創(chuàng )新轉化為對客戶(hù)而言，成本可承受的產(chǎn)品。
觀(guān)察半導體產(chǎn)業(yè)競爭格局現狀，整個(gè)產(chǎn)業(yè)分為計算機、通訊、內存和多元化組件。市值超過(guò)100億美元的公司基本上有25家，有兩種運營(yíng)模式：一種是無(wú)晶圓廠(chǎng)，另一種是IDM。在代工領(lǐng)域，有三家市值超過(guò)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(méi)有上市的代工廠(chǎng)，他們是GlobalFoundries和三星?，F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(lái)會(huì )規劃的方向。
意法半導體市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、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(gè)只有在本地開(kāi)發(fā)IP、本地設計、本地研發(fā)和本地制造才能展開(kāi)業(yè)務(wù)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(dòng)公平競爭，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而在現階段各種芯片缺貨的現狀下，出現這種情況也是正常的。

 

圖四 : 意法半導體市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、傳播及策略發(fā)展總裁Marco Cassis

有些客戶(hù)也在改變他們的想法，對資本參與持開(kāi)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(dòng)。不要忘記，在晶圓廠(chǎng)和制造技術(shù)背后，還有封測廠(chǎng)，這是一個(gè)復雜的封裝過(guò)程。然后還得有設備制造商提供晶圓制造和封裝設備，EDA供貨商提供IP和設計工具。同時(shí)技術(shù)研發(fā)也非常重要，隨著(zhù)人工智能的到來(lái)，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?jiǎn)物w，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(gè)時(shí)間點(diǎn)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(zhù)生態(tài)系統，圍繞微控制器來(lái)構建軟件生態(tài)系統，并簡(jiǎn)化解決方案設計過(guò)程。同樣重要的是有一個(gè)廣泛的產(chǎn)品規劃。在微控制器發(fā)展到某一個(gè)階段前，差異主要集中在產(chǎn)品組合上。
現在，技術(shù)節點(diǎn)不斷縮小，根據應用和功耗，提供更高的實(shí)時(shí)性能。我們已經(jīng)看到了一些差異化機會(huì )。例如，ST所開(kāi)發(fā)的一種分離閘極替代技術(shù)，稱(chēng)之為EESTM。此外，ST還開(kāi)發(fā)出了28奈米PCM相變內存技術(shù)。在28奈米FD-SOI技術(shù)的車(chē)規微控制器，就內建了PCM內存和閃存。JEAN-MARC認為，在后段制程生產(chǎn)線(xiàn)測試驗證嵌入式閃存技術(shù)是汽車(chē)工業(yè)獨有的一個(gè)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(kāi)發(fā)寬能隙材料、研發(fā)模塊、改善BCD架構和技術(shù)，以及電流隔離，接著(zhù)是能夠處理高壓的系統芯片和智能功能。
至于光學(xué)感測解決方案，設計飛行時(shí)間技術(shù)、模塊和紅外線(xiàn)成像傳感器，透過(guò)整合解決方案，發(fā)現提供整體方案的機會(huì )，來(lái)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(gè)廠(chǎng)區，有BCD技術(shù)和CMOS技術(shù)，當這兩個(gè)工廠(chǎng)協(xié)作開(kāi)發(fā)時(shí)，就可以研發(fā)出高性能的模擬技術(shù)，并有機會(huì )實(shí)現多樣化和差異化。我們知道，在純通訊產(chǎn)業(yè)中，對規模、市場(chǎng)和入市能力或門(mén)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(chǎng)，轉而專(zhuān)注于產(chǎn)品多元化和差異化，主要在深耕汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)。但是有選擇地布局獨立電子市場(chǎng)，這是因為能夠提供差異性非常強的產(chǎn)品。

結語(yǔ)
現階段我們看到制造業(yè)格局發(fā)生了變化，市場(chǎng)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(chǎng)將會(huì )自我調節。ST的策略源于社會(huì )大趨勢，運營(yíng)模式是IDM，且在歐洲和亞洲都擁有重要的基礎設施，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(shí)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(zhuān)注于固有市場(chǎng)（如汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)）。未來(lái)也必將考慮市場(chǎng)格局的變化，且不會(huì )與世界脫鉤。