非尺寸依賴的特色工藝是否可以成為中國集成電路發展的機遇所在？
文︱亞亞君
圖︱現場拍攝&網絡
“1965年，戈登·摩爾受電子學雜誌邀請，根據自己產業經驗以及貝爾實驗室晶體管技術寫了篇文章，推算出了摩爾定律——預測芯片中的晶體管數量每年會翻番。10年後的IEDM會議上，戈登·摩爾在報告中將每年改為了每兩年。而這條摩爾定律，指導了整個集成電路的發展。”
電子科技大學集成電路中心主任、博導張波教授在“2019中國（成都）電子信息博覽會”同期舉辦的“第二屆中國（成都）集成電路發展高峰論壇”上的演講用摩爾定律的起源作為開頭，那段歷史拉開了全球集成電路發展的帷幕，業內企業像是虔誠的教徒追隨著聖經。
張波隨後提出兩個問題：這樣的極限是什麼？進一步該怎麼做？
“曾經一維方式中，我們依靠線寬縮小來提供性能、降低價格，如今線寬縮小卻帶來了不小的挑戰。”張波表示雖然當前線寬仍在不斷縮小，從5nm到3nm再到1nm，但每個工藝節點的成本已經非常高昂（如下圖）。
每個工藝節點的SoC開發成本 來源：IBS
此時，產業選擇了一個很重要的方向——More than Moore。張波認為，More than Moore的提出說明集成電路已經不是靠一維方向發展，也有了如先進封裝的三維發展方向。
“如今人們把More than Moore翻譯成‘超越摩爾定律’，這並沒有把本質講清楚，我們02專項有另一種稱呼。”張波對More than Moore有著更獨到和深入的認識。
怎麼理解More than Moore？
另一種稱呼就是“非尺寸依賴的特色工藝”。張波表示：“More than Moore的白皮書提到，器件性能的提升不完全靠尺寸縮小，而是靠功能增加來提高性能。”隨後其舉了一位非常重視非尺寸特色工藝廠商的例子，它就是X-Fab。
資料顯示，X-Fab是全球頂尖模擬/混合信號集成電路技術及晶圓代工企業，從事混合信號集成電路的硅晶片製造。
張波稱，該公司眼中的非尺寸特色工藝是通過基於CMOS工藝，將模擬功能進行集成，以此優化器件成本並增加整體性能。“器件是拿來用的，增加性能才是核心重點，特色工藝就能夠增加功能。”張波說道：“把eNVM、BiCMOS、RF CMOS、BCD工藝、SOI RF-SOI工藝等不是依靠尺寸縮小的工藝，統稱為非尺寸依賴的特色工藝。”
其有三大優勢：
1，非尺寸依賴；
2，建廠與維護成本低；
3，工藝相對成熟、產品研發投入相對較低。
“而這些優勢僅僅是皮毛。”張波認為非尺寸依賴的特色工藝的好處遠遠不止這些，並用幾大國際大廠的例子加以佐證。
首先還是X-Fab，其從0.13μm~1.0μm工藝就含有7個平臺，每個平臺有不同的選項來針對各種產品種類。其次，安森美在收購Fairchild之後，公司MOSFETs器件就有2000多個品種，其驅動號稱還有100多鍾。談及英飛凌，其功率MOS器件更是達到了3000多個種類。這些繁多的產品，就是針對不用應用來滿足客戶需求的。
張波將這些特點總結為“平臺繁多、種類龐雜、種類眾多”，其也是非尺寸特色工藝的非常重要的優勢。
那麼問題來了，既然優勢這麼多，我國能做嗎？
機遇在哪？
是否“能做”這件事得從兩方面考慮，一方面是國際行情是否有空間，一方面是我國是否有這個實力。
前者，張波用了三張PPT表達的一目瞭然。
首先，從下圖的2017年功率半導體分立器件市場分佈來看，該市場的前十大玩家佔據了60.60%的市場份額，直接表明該領域並沒有壟斷企業。
其次，在模擬芯片市場中，2017年全球前十大模擬芯片廠商銷售了約330億美元，佔據了接近61%的市場份額，依舊沒有壟斷企業的出現。
最後這張2018年的模擬芯片市場分佈圖，騰出了更多的“其他”空間。
國際行情來看，特色工藝是一個種類眾多、應用強相關、且無壟斷行業的存在，這些都是中國機遇。
再看我國國情。
“改革開放40年來，我國建立了門類齊全的現代工業體系，工業經濟實力迅速壯大並躍升為世界第一製造大國，也是世界上唯一擁有完整製造業體系、產品和產業鏈的大國。世界銀行統計數據顯示，2017年中國製造業增加值為3.59億美元，佔全世界的28.57%，是美國和德國製造業增加值的綜合，遙遙領先於世界其他國家。”張波迅速分析了中國製造業現狀，認為中國是當之無愧的製造大國。
此外，下面這張圖也表明了中國是集成電路應用大國，每年消耗的集成電路佔比全球最大，預計2019年達到60.5%。
海關總署給出的數據也表明了我國是集成電路進口大國（如下）。
雖然我們是進口大國，但有個問題不容忽視。
“我們只看到了進口數量多，但在看單價時，卻發現我們集成電路進口單價不足1美金。在進口名錄裡，我們雖進口了動輒上百、上千美金的CPU，不過還存在大量價格很低的芯片，比如工業控制用MCU，電源管理電路等。其價格和工藝要求都不是很高，但此種特色工藝產品我們仍在進口。”以上種種，都是張波眼中的中國特色工藝的機遇：“如今國際環境複雜，國內企業的信任度提高，我們看見了很大的國產替代空間。”
此時又有一個問題，機遇歸機遇，我們現有產業基礎是否能做呢？
我們能做嗎？能抓住機遇嗎？
能不能做這件事上，以我們現有的產業基礎來看，顯然是多慮了。
張波舉例表示：“華虹如今不光有12英寸廠，在堅持8英寸廠的同時，又在無錫建12英寸廠。華潤微電子也是在6英寸、8英寸的基礎上，開始謀劃12英寸。CEC在上海投資了359億元，來建設8英寸和12英寸廠。以前不一定把特色工藝放在眼裡，如今都開始做了。”
不斷擴產能的同時，我們也不必擔心產能過剩問題。正如張波所說：“無論哪家，年產能都沒有超過100萬片的。而臺積電2018年12英寸晶圓產能高達1200萬片，8英寸為1100萬片（比5年前增加了540萬片）。”加起來也不見得趕上臺積電，談何產能過剩？張波認為：“只要做出產品，毛利率高，就是好產品。”
如今的缺貨行情，加上新能源汽車、5G的發展，給特色工藝帶來了很多機遇。
此時又有一個問題橫在我們面前——我國相關企業產品體系太單薄。
從模擬芯片排行榜來看，國際大廠特色工藝常常是IMD模式，將製造、設計再到應用為一體化。我國基本都是代工廠、IC設計公司，很難去跟國際老牌企業的模式較量。此外，國際大廠歷史悠久、人才儲備紮實，這些又成為我們撼動市場的難題。
張波堅信：“我們是市場大國，經過幾代炎黃子孫的努力已經擁有特色工藝產業基礎，且在如今的政治生態下，都會是我們自主可控芯片給中國特色工藝的機遇。”
END
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