为什么说SOI工艺是“中国芯”破局利器?我们采访了国际芯片巨头 | 镁客网深度

业内人士普遍认为,28nm工艺可以撑很久,而且当工艺再往下走的话,SOI会越来越有优势。

“SOI作为芯片产业极其重要的一环,在中国要发展起来的话,必须要得到政府的支持和力推,这样就能有效地避免受某一国家的制约。”

在上周五(4月20日),工信部IC人才交流中心举办的“2018年物联网技术和应用研讨会”上,法国Soitec公司全球副总裁兼中国区总经理林博文的这番话得到了现场嘉宾的普遍认可。

Soitec S.A.公司(以下简称Soitec)总部位于法国南部格勒诺布尔近郊,是一家生产创新性半导体材料的科技公司。Soitec拥有约3600项专利和全世界最先进的FD-SOI工艺,它所掌握的SmartCut技术使其具备的生产全球最好的SOI硅片的技术实力。目前,Soitec在法国、美国、新加坡和中国等全球各地拥有制造及研发基地。

毫无疑问的是,Soitec正在释放一种信号,表明他们对中国市场的重视程度又上了一个新的高度。这也是自中兴事件之后,有此明确表态的第一家国际性(除美国外)半导体公司。结合业界对国内SOI工艺前景的热捧(众多产业界人士认为,FD-SOI工艺将是中国芯片产业实现弯道超车的唯一希望),似乎可以窥探到它的“野望”。

依托超低功耗和超强可靠性

“SOI芯片的优势正在稳步扩大

SOI(Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层氧化埋层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜,SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点:可以实现集成电路中元器件的介质隔离,彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应。

此外,采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势,因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。

通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD(Fully Depleted)结构和厚膜部分耗尽PD(Partially Depleted)结构。

总体上看,SOI芯片跟一般的硅底工艺SoC芯片的最大区别是前者比后者多了一个绝缘层。因为把集成电容基本上隔绝掉了,所以使用SOI工艺生产的芯片功耗更低、运算速度更快。

目前国内使用SOI工艺的芯片厂家数量相对较少,只有中芯国际(FD-SOI和FinFET两种工艺都有)、成都格芯、上海新傲科技和华力微电子(二期晶圆厂)等几家,主要的工艺种类为FD-SOI。不过,虽然厂家为数不多,但整体工艺水平却与世界先进水平相差不大,尤其是中芯国际和华力微电子的28Nm制程已经逼近世界顶尖。

图 | 左:Soitec全球副总裁兼中国区总经理林博文 右:镁客网主编王刚

在SOI芯片的市场定位和发展前景上,林博文认为,虽然由于加了绝缘层而导致芯片的价格稍稍偏贵,另外从时间上来说SOI工艺发展稍晚了一步,以至于智能手机的那一波应用热潮没有赶上。但是,在物联网和车联网这些要求超低功耗和可靠性认证的应用场景下,SOI芯片还是具有更大优势的。

众所周知,在芯片领域中国从来都不是先导者。绝大多数的国内半导体公司,一般都是在看到别人先做之后再去模仿,而SOI工艺自动诞生以来就受到了越来越多的追捧。

最早的是AMD在做,当时的X86系统就是基于SOI芯片而开发的,另外有着民族骄傲美誉的龙芯也是(龙芯3A3000芯片采用ST意法半导体 28nm SOI工艺流片),所以一直以来SOI工艺的应用都在持续扩宽中。

但当时SOI衬底芯片的最大劣势是技术起步稍晚,所以导致它的AP处理器(SoC)IP发展稍微慢了些。由于之前台积电、英特尔等走的是SoC芯片路线,其IP走的比较远,带动了相应的生态产业路线,由此就使得两者之间的有些差距。不过,SOI的产业生态圈,随者格芯成都(格罗方德中国合资工厂)的落地,国内外IP公司的投入和国际芯片大厂的设计使用,已渐入佳境而颇具规模。

事实上,业内关于FD-SOI与FinFET工艺的优劣历来各执一词,尽管或许FinFET目前在高密集运算(能耗大,比较热)占据上风,但FD-SOI却在低功耗,防辐射,低软错误率,耐高温和EMC,和车载可靠性 (body biased)方面有着无可比拟的优势。目前采用FinFET工艺的主要有英特尔、台积电、中芯国际、联电等,而IBM、意法半导体、三星、高塔半导体、格芯(原“格罗方德”)等却是FD-SOI工艺的忠实拥趸。

业内人士普遍认为,28nm工艺可以撑很久,而且当工艺再往下走的话,SOI会越来越有优势。因此,这一制程也被认为是FD-SOI和FinFET的分水岭。对于中国芯片产业来说,想要尽快追赶国际最高水平,FinFET工艺前路漫漫且困难重重、遍地火焰,但FD-SOI却是一片广阔的蓝海,触手可及。

对此,林博文说:“但是目前到了28nm级别,这算是一个分界点。到了这个节点,技术可以很轻松的从SoC转换到SOI工艺,而且目前所有的EDA工具也都支持这种转变。”

“(SOI工艺)最大的好处就是你的工序会少很多,尤其是10nm以下,多一道工序就会多几十美金,多几十道工序就是好几百美金。这样来说,生产出来的每一块SOI芯片的成本都会有明显的降低。”

这样也会使得国内的厂家越来越多的开始乐意使用这种技术。比如近期比较热门的物联网方面和射频方面,已经越来越成为主流方向了,包括台积电、联电、中芯国际、华力等都在提供射频SOI的工艺给客户。

根据Marketsand Markets 最新预估,SOI市场在2017-2022年期间平均复合成长率将达29.1%,2022年市场价值将有望达到18.6亿美元。

SOI之所以能快速增长,主要来自消费类电子市场增长、成本下降以及芯片对于低工耗功能的需求快速攀升。值得一提的是,SOI芯片在国内很多细分市场的占有率愈发可观,尤其是手机射频领域,其占有率甚至达到了80-90%。

所以从这几个方面来衡量,SOI芯片在国内的发展前景应该不会存在什么问题,它的优势正在稳步扩大。

政府应大力扶持SOI

避免芯片产业受制于人

目前,作为掌握全球最先进的SOI芯片大厂,Soitec正努力推进这一工艺在中国市场的发展。不过,这显然还不够。

对此,林博文认为,作为芯片产业极其重要的一环,SOI在中国要发展起来的话,就必须要得到政府的支持和力推。这样,不仅可以重塑国内产业格局、拓宽技术路线,更为重要的是,是能有效地避免“国之命门”受某一国家的制约。

“比如像华虹华力、中芯国际这些国内一线厂商,尤其需要更多的提供这些工艺给客户,以利于芯片产业尽快实现多线发展。”

关于这一点,教训最深的莫过于这次的中兴事件。

“我们跟中兴有着很深的渊源,包括我个人也在中兴有很多的老朋友,站在我的位置,我不能为中兴说什么,也不好说什么。但是我觉得他们度过这一关不是什么难题,这件事情对中国整个IC产业来说也不是什么大不了的事情。”

“看这次中兴一被禁售马上就很被动,中国的‘无芯之痛’和危机徹底曝露了。芯片技术需大量密集资金且周期长、需要先进技术,无法‘山寨’;此外,追赶亦需时间,更需精进技术,不是靠‘有钱任性’或‘绝不坐以待毙’的民族主义和‘举国体制’就能克服。”

“中兴之痛是中国科技界共同的芯痛。不过危机也是转机,或许经过这件事,在反省之余可以认识到自己半导体产业的劣势和不足,对中国未尝不是塞翁失馬。”

首先,没有一个国家能做全整个供应链,中国也不是和全世界在进行贸易战。

第二,有些集成电路现阶段没有,并不表示中国公司做不出来,因为有些IC没有是由于分工的原因,或者市场惯性的原因。另外,还有些公司为了短期报表而有意选择不做。

第三,大多数的终端设备、基站生产在中国,别的国家很少,美国政府这样做实际上是在试图惩罚重要买家,结果是杀敌一千自损八百,在全世界找中兴这种个头的买家并不是那么多。

第四,这会促进中国下决心开发自己的芯片和软件,这实际上对中国通讯业界并不是很难,只是时间问题。从长远来看,对美国芯片产业不利。

第五,中兴自己这次会受伤,因为产品路线图和架构已经定了,转换需要时间,而且市场也被封了。

第六,如果美国政府十二年前做这件事情,结果对中国就会糟糕得多,但现在杀伤力并不足以致命。

Soitec有意在中国建厂

但要先把市场做起来

现在,Soitec在中国主推的是射频、数字、MEMS和图像、硅光、电源方面的衬底芯片。而对于一些特定模拟应用如电源类的芯片,在生产工艺上由于28nm领先了好几代,出于成本考虑,目前只在数字和射频芯片用上了这一工艺。其他领域如车载、人工智能、区块链和物联网应用,由于很多国内的电源类的芯片公司都还停留在较老的工艺上(0.18um or 0.13um),因此目前尚未实现大规模量产阶。

“我们跟新傲科技(Soitec的中国合作企业)的关系很深,他们的母公司中科院上海微系统与信息技术研究所是我们的大股东,本来是占14.5%,后来为了回本就卖了2.5%,现在是占股12%。”林博文说到。

作为一家法国公司,Soitec基本不会受到类似中兴事件的贸易争端的影响。

“另外,Soitec还是新傲科技的股东之一。双方的合作是我们用新傲的产能,当我们产能不足的时候,就会把单子给他们来做。基本是这样。”

目前,Soitec与上海新傲科技合资的工厂(新傲买了Soitec 的Line sens,同样拥有此项授权的还有日本的信越、Sieko,另外也有中国台湾厂家在用)合作主要集中在射频方面,已经于2017年开始量产8英寸SOI晶圆,而后者也在制定12吋晶圆的未来生产计划。

“你知道,中国的厂家一般规模比较小,用的也都是比较老的工艺。像28nm这种先进的工艺一般用不到,一般客户觉得0.18um就已经很好用了,因为便宜嘛——虽然这不一定是最好的性价比,也不利于国内芯片产业工艺水平的提高。但是基于对产业应用的判断,我觉得数字模拟的整合应用BCD的SOI(混合各种功率和电压)或者3D传感应用就是一个很好的方向,希望国内厂商可以在提高工艺水平的同时能多关注一下。”

鲜为人知的是,关于芯片制造工艺的对比,不同厂商之间的标准和命名一直比较混轮。比如GlobalFoundries(格罗方德)22nm的工艺实际上对应的是台积电的12-14nm,而它的12nm FDX则是对应的7-10nm。事实上,台积电的7nm只相当于英特尔的10Nm工艺。

事实上,中国芯片产业面临着严重的“人才荒”。据工信部软件与集成电路促进中心(CSIP)发布的《中国集成电路产业人才白皮书(2016-2017)》显示,目前我国集成电路从业人员总数不足30万人。但是按总产值计算,整个产业至少需要70万人,由此可见国内IC人才缺口有多么的巨大。

正是这种“缺兵少将”的产业现状,才造成了与国外技术水平的天渊之别,短时间甚至都看不到追赶的希望。

由此,在国外公司巨大技术优势的“羽翼”下,国内公司更多的做起了“Me too”芯片,因为可以节省研发投入并快速收回成本。对此,林博文认为,虽然这么做无可厚非,但是中国要想成为一个创新的大国,这条路就肯定是走不通的。

“你看这次中兴一被禁售马上就很被动,就充分说明了这个道理,这对中国的Fabless也是一个警示。不过危机也是转机,或许经过这件事,大家可以认识到自己的劣势和不足。”

“我们(Soitec)的想法是,如果当国内市场发展起来之后,未来的三厂肯定会在中国落地,之前我一直跟各地的政府接触,也有商讨过这个事情。但是目前最关键的不是落地在哪里,而是要先把市场做起来,把客户资源积累起来。有了需求,建厂才有意义。

“而具体落在哪个城市显然无所谓,咱们中国有顺丰嘛(笑~)。当然,如果当地有成熟的产业链和良好的政策,就最好了。”

号外:致命的EDA工具和趋利的大基金掌门人

虽然中国在芯片产业上拥有全球最大的消费市场和相对完善的产业生态,但在几大核心点上的缺失和不足,却让我们不得不仰人鼻息。其中,作为产业最核心环节之一的EDA工具上,国内可以称之为“极弱”,而国家的大基金竟然对此基本没投过像样的资金,让人费解。

“当某一天国外把你所有的EDA工具都锁掉,那你就会立刻玩完,这个才是最致命的。大多数人不太了解EDA工具对芯片产业的重要性,虽然华大也在弄,但是那都是‘点’,而产业真正需要的是‘面’的规模,从头到尾的工具都要有。”林博文说到。

“在这里,我可以负责任的告诉你,我们各地负责大基金的掌门人,大多数都不懂这些。”

真实的情况是,很多大基金的掌门人原来都是搞财务出身的,只会从投资回报率来看项目,出于各种原因,很少会有人从产业格局和发展趋势来出发。

这也是国内芯片产业的又一处“病痛”。

原文发布于微信公众号 - 镁客网(im2maker)

原文发表时间:2018-04-27

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