集成電路技術(shù)和產(chǎn)業(yè)形態(tài)的演進(jìn)之路

10月28日，第十五屆“中國(guó)芯”集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)暨“中國(guó)芯”優(yōu)秀產(chǎn)品征集活動(dòng)發(fā)布儀式在杭州市青山湖科技城召開，在大會(huì)下午舉行的中國(guó)芯領(lǐng)軍企業(yè)家創(chuàng)新峰會(huì)上，杭州士蘭微電子股份有限公司董事長(zhǎng)陳向東發(fā)表了以《多產(chǎn)業(yè)形態(tài)的芯片發(fā)展模式》為題的主題演講。

陳向東指出，經(jīng)過(guò)70多年的發(fā)展，集成電路已經(jīng)把人類帶入了信息化社會(huì)，其在信息處理的各個(gè)環(huán)節(jié)都承擔(dān)了關(guān)鍵角色。只要是有電的地方，幾乎就一定有集成電路的身影，集成電路與人們社會(huì)生活各方面已經(jīng)如影隨形。

“信息和能源是人類社會(huì)發(fā)展最重要的兩個(gè)方面，芯片產(chǎn)業(yè)在信息處理上發(fā)揮作用的同時(shí)，也推動(dòng)了能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換和電能的功率變換技術(shù)的發(fā)展。例如光伏發(fā)電、逆變器、半導(dǎo)體照明、高鐵驅(qū)動(dòng)、風(fēng)能發(fā)電、充電器和電源適配器等，”陳向東進(jìn)一步表示，“我親歷了硅片從1英寸開始發(fā)展到目前12英寸的整個(gè)過(guò)程，也看到了芯片在各個(gè)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)的多種發(fā)展形態(tài)?！?/p>

技術(shù)和產(chǎn)業(yè)形態(tài)的演進(jìn)

陳向東強(qiáng)調(diào)，整個(gè)集成電路技術(shù)走到今天，始終在沿著兩條不同的路徑發(fā)展?？v向是沿著摩爾定律的芯片特征尺寸不斷縮小，橫向則是特色工藝的器件特征不斷多樣化。

“在先進(jìn)工藝中，業(yè)界追求的就是特征線寬的縮小、工作電壓的降低、開關(guān)頻率的提高等。而在特色工藝中，業(yè)界追求就不完全是把器件重復(fù)的縮小，而是思考芯片如何在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下承受高電壓，如何輸出大電流，如何提高電路線性特征，如何降低噪聲，”陳向東說(shuō)，“另外，在縱向和橫向中間還有一條衍生出來(lái)的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，這代表著工藝特征完全不同的芯片堆疊，也就是SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）的發(fā)展?！?/p>

除了技術(shù)的演變，產(chǎn)業(yè)格局也在不斷發(fā)生變化，半導(dǎo)體企業(yè)的形態(tài)也在隨之演變。陳向東認(rèn)為，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)形態(tài)總共發(fā)生了三次大規(guī)模演變。第一次是在上個(gè)世紀(jì)五、六十年代，隨產(chǎn)業(yè)的成熟，IBM、西門子德州儀器等綜合性系統(tǒng)公司和Intel等硅谷巨頭從自主研發(fā)生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備和材料，到有專門的設(shè)備和材料公司的出現(xiàn)，但此時(shí)的芯片設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)仍大多集中在一個(gè)經(jīng)營(yíng)實(shí)體中完成。

第二次大規(guī)模演變是在上個(gè)世紀(jì)八十年代中后期，陳向東指出，隨著工作站（早期的服務(wù)器）的出現(xiàn)，小型實(shí)體同樣開始擁有計(jì)算能力了，配以適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)化軟件后，其在芯片的設(shè)計(jì)創(chuàng)新上也迎來(lái)了不同的需求。產(chǎn)業(yè)界為了滿足這些需求，硅谷開始成立大量的創(chuàng)新型芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，但當(dāng)時(shí)IDM廠商并不提供晶圓代工服務(wù)，而自建一條8英寸產(chǎn)線需要花費(fèi)10億美元。于是，臺(tái)積電這樣的純晶圓代工企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，催化了芯片設(shè)計(jì)和制造的產(chǎn)業(yè)分工。

第三次則是在上世紀(jì)九十年代中后期，由于當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體在國(guó)際上已經(jīng)是一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)了，各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域已經(jīng)形成頭部企業(yè)，且整體銷售額已經(jīng)趨于穩(wěn)定。大型系統(tǒng)公司無(wú)法承受半導(dǎo)體內(nèi)部分支的財(cái)務(wù)運(yùn)行狀況，所以在華爾街財(cái)務(wù)主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下，大型系統(tǒng)公司紛紛開始剝離半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，例如西門子、IBM等。

“走到今天，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的公司已經(jīng)形成了一個(gè)基本的綜合形態(tài)。包括專業(yè)的設(shè)計(jì)和制造一體的半導(dǎo)體產(chǎn)品公司，蘋果等涉足芯片設(shè)計(jì)業(yè)的綜合型系統(tǒng)公司，臺(tái)積電等專業(yè)芯片代工制造企業(yè)，專業(yè)的封裝、測(cè)試代工企業(yè)，以及專業(yè)的芯片設(shè)計(jì)公司，”陳向東指出，“專業(yè)的芯片設(shè)計(jì)公司又可以分為芯片產(chǎn)品公司、IP服務(wù)公司和芯片設(shè)計(jì)服務(wù)公司?！?/p>

IDM模式的優(yōu)勢(shì)

如今，芯片按照制程大致可以分為先進(jìn)工藝和特色工藝兩大類。陳向東指出，形成這兩大類代工模式的主要原因是發(fā)展的動(dòng)力不同。先進(jìn)工藝的主要發(fā)展動(dòng)力是手機(jī)、電腦等設(shè)備對(duì)高性能和低功耗無(wú)止境的追求，因此半導(dǎo)體技術(shù)只有不斷的縮小器件特征尺寸來(lái)滿足這些需求。

然而，線寬的縮小需要高精度的裝備、高強(qiáng)度和高難度的工藝研發(fā)。陳向東表示，這“三高”讓越來(lái)越多的綜合型芯片公司開始停止追逐先進(jìn)工藝，所以能夠繼續(xù)跟隨摩爾定律往下走的芯片制造企業(yè)會(huì)越來(lái)越少。另外，數(shù)字芯片設(shè)計(jì)方法的進(jìn)化也是先進(jìn)工藝芯片代工模式持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力，包括IP的復(fù)用和軟件工程的形態(tài)。

特色工藝產(chǎn)品是利用半導(dǎo)體材料的物理特性制造出的各種半導(dǎo)體器件，這類工藝比拼的不是工藝線寬，而是各種器件的構(gòu)造。陳向東強(qiáng)調(diào)，特色工藝的半導(dǎo)體產(chǎn)品（高壓電路、MEMS傳感器、射頻電路和器件）的研發(fā)是一項(xiàng)綜合性的活動(dòng)，涉及到工藝研發(fā)與產(chǎn)品研發(fā)的多個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)制造一體（IDM）的模式，更有利于該類技術(shù)的深度研發(fā)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品群的形成。

以高壓工藝為例，該工藝需要多個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)同互動(dòng)，包括工藝平臺(tái)建設(shè)、器件結(jié)構(gòu)研究、模型參數(shù)提取、設(shè)計(jì)環(huán)境建設(shè)、線路架構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、應(yīng)用系統(tǒng)研究、封裝技術(shù)研究、質(zhì)量評(píng)價(jià)體系等。從設(shè)計(jì)到制造和封裝，需要完整的連成一條線，系統(tǒng)地、持之以恒地進(jìn)行多方面的研究，才能夠有效的打造出高壓集成電路器件和產(chǎn)品。

陳向東還指出，全球每年4000多億顆的半導(dǎo)體產(chǎn)品出貨中，有75~80%的產(chǎn)品是由英特爾、三星、英飛凌、恩智浦這樣的IDM公司制造的，雖然有一部分也是外包生產(chǎn)?，F(xiàn)階段特色工藝產(chǎn)品市場(chǎng)基本上都由美、日、歐發(fā)達(dá)國(guó)家的IDM公司所占有。中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣具備競(jìng)爭(zhēng)力的公司還十分稀少，這也與中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣產(chǎn)業(yè)分工更明顯有關(guān)。

堅(jiān)守

持續(xù)的市場(chǎng)應(yīng)用需求和長(zhǎng)期穩(wěn)健的研發(fā)投入以及公司的并購(gòu)?fù)苿?dòng)了國(guó)際上頂尖IDM公司的不斷發(fā)展。從目前市場(chǎng)的發(fā)展來(lái)看，陳向東認(rèn)為頭部企業(yè)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，無(wú)論從產(chǎn)品的技術(shù)性能、品牌口碑和市場(chǎng)占有率來(lái)看，要很快打破這個(gè)格局較為不易。

雖然產(chǎn)業(yè)的分工化越來(lái)越明顯，但在成長(zhǎng)中的巨大市場(chǎng)里，IDM企業(yè)發(fā)展同樣迎來(lái)了一波有利因素。陳向東指出，包括硅片尺寸的穩(wěn)定（到12英寸基本后基本停滯），更多先進(jìn)工藝設(shè)備的下線（建線成本降低），純代工模式弊端顯露，摩爾定律腳步放慢，建立IDM或虛擬IDM的呼聲越來(lái)越高，以及國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持。

陳向東表示，國(guó)際上頭部的IDM公司基本上都是這七十年以來(lái)和半導(dǎo)體同步成長(zhǎng)起來(lái)的，近10~20年新成立的大型IDM公司幾乎沒(méi)有。

“從當(dāng)前市場(chǎng)和芯片技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)來(lái)看，中國(guó)大陸有機(jī)會(huì)成長(zhǎng)出幾家規(guī)模較大的IDM模式IC企業(yè)，”陳向東說(shuō)，“由于IDM模式運(yùn)行的企業(yè)有較重的資產(chǎn)，芯片生產(chǎn)線的建設(shè)、運(yùn)行、工藝技術(shù)的研發(fā)都需要投入較多的資金，因此需要國(guó)家和地方政府相關(guān)政策的支持，同時(shí)還需要金融資本的幫助?！?/p>

陳向東還強(qiáng)調(diào)，作為重資產(chǎn)的IDM企業(yè)也會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以控制運(yùn)行成本變得非常重要。其次，IDM公司的發(fā)展重點(diǎn)不應(yīng)該放在制造資源上，還是要以產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新為根本來(lái)發(fā)展。最后，既然選擇了IDM的模式，就要持之以恒的發(fā)展IDM文化，不能生意不好的時(shí)候又去幫別的企業(yè)做代工。

“ IDM模式是比較難，所以要長(zhǎng)期堅(jiān)守 ，”陳向東說(shuō)。
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