多產(chǎn)業(yè)形態(tài)的芯片發(fā)展模式

近日，以士蘭微廈門12吋芯片生產(chǎn)線暨先進(jìn)化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)線的開工典禮為契機(jī)，廈門（海滄）集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會在海滄舉行。

研討會上，士蘭微董事長陳向東發(fā)表了以《多產(chǎn)業(yè)形態(tài)的芯片發(fā)展模式》為主題的演講。

陳向東表示，半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步已經(jīng)推動人類進(jìn)入了信息化社會。因為集成電路在信息采集、傳輸、存儲、處理等各個環(huán)節(jié)承擔(dān)了關(guān)鍵的角色，而且集成電路是一個基礎(chǔ)的零部件，所有的軟件和硬件都集成在集成電路的基礎(chǔ)之上。

另外，集成電路的發(fā)展推動了各種能量、形態(tài)的轉(zhuǎn)換。陳向東認(rèn)為，信息和能源是人類社會發(fā)展最重要的兩個方面，集成電路在推動信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時也推動了能量的轉(zhuǎn)換。從光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、半導(dǎo)體照明到充電器等都有大量的集成電路芯片，可以說只要是有電的地方，幾乎就一定有集成電路的身影，集成電路與我們的社會生活各方面已經(jīng)如影隨行。

半導(dǎo)體芯片制造圓片尺寸的演變

陳向東表示，為提高生產(chǎn)效率，硅片的尺寸不斯增加，大約在1973年晶圓廠開始導(dǎo)入3吋硅片，4吋硅片的導(dǎo)入在1979年，然后經(jīng)過了5吋、6吋一直發(fā)展到當(dāng)前主流的晶圓尺寸8吋和12吋；當(dāng)前，國際上已進(jìn)行18吋設(shè)備技術(shù)的研發(fā)，但尚未建成引導(dǎo)線。由于研發(fā)時長、開發(fā)成本等原因，18吋線的建設(shè)已經(jīng)無限期推遲。

當(dāng)前國際集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢

陳向東認(rèn)為，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展有兩個技術(shù)方向，一是沿著摩爾定律，芯片里的晶體管不斷做小，實現(xiàn)更高密度的技術(shù)。從130nm到最新的7nm工藝，晶體管的集成度越來越高，成本大幅度下降，芯片也價格不斷降低。以CPU為例，1美元的價格從買一個晶體管開始，到現(xiàn)在1美元已經(jīng)能買到1億個晶體管。

另一個方向是非摩爾定律產(chǎn)品：器件特征多樣化，信息的處理需要靠芯片，能源的轉(zhuǎn)換就需要功率半導(dǎo)體，士蘭微稱之為特色工藝。特色工藝追求的不完全是器件的縮小，而是根據(jù)不同的物理特性，做出不同的產(chǎn)品，比如射頻器件、模擬器件、無源器件、高壓功率半導(dǎo)體、傳感器等沿著另一個軌道發(fā)展。

此外，還有第三個軌道：SoC和SIP的結(jié)合，利用特種的封裝進(jìn)行高密度的組裝做出更高價值產(chǎn)品，士蘭微稱之為先進(jìn)系統(tǒng)的組裝工藝。

半導(dǎo)體產(chǎn)品公司的形態(tài)演變

集成電路是上世紀(jì)50年代末至60年代初期，由美國的大公司在硅谷開始發(fā)展起來的，最早的集成電路企業(yè)有兩類以IBM、西門子、東芝為代表綜合型的系統(tǒng)產(chǎn)品公司和以英特爾為代表專業(yè)的半導(dǎo)體產(chǎn)品公司。

陳向東稱，半導(dǎo)體產(chǎn)品公司形式演變是在上世紀(jì)八十年代末出現(xiàn)芯片代工模式，隨后孵化出輕資產(chǎn)的設(shè)計公司，和上世妃九十年代末，綜合型的系統(tǒng)產(chǎn)品公司剝離半導(dǎo)體業(yè)務(wù)造成的。因此才產(chǎn)生專業(yè)的芯片制造代工企業(yè)、專業(yè)的封裝、測試代工企業(yè)、芯片產(chǎn)品公司、IP服務(wù)公司、芯片設(shè)計服務(wù)公司等多種形式的半導(dǎo)體公司。

芯片代工模式持續(xù)發(fā)展的動力

陳向東認(rèn)為，芯片代工一定是未來集成電路發(fā)展的主流模式，摩爾定律推動了持續(xù)的芯片高密度集成，芯片制造需要高精度的裝備、高強(qiáng)度的投入以及高難度的工藝研發(fā)，這就促使專業(yè)的芯片代工廠出現(xiàn)。

由于高成本的研發(fā)投入，能夠持續(xù)跟蹤摩爾定律的芯片制造企業(yè)將會越來越少。最近，聯(lián)電宣布放棄12nm以下制程，GF也宣布放棄7nm及后續(xù)制程研發(fā)。

芯片代工模式的持續(xù)發(fā)展的另一個動力是數(shù)字芯片設(shè)計方法的進(jìn)化，IP的重用和軟件工程的形態(tài)推動了設(shè)計業(yè)的獨立發(fā)展。

特色工藝的半導(dǎo)體產(chǎn)品

除了追求高密度的工藝之外，特色工藝是集成電路技術(shù)的另一個發(fā)展方向。特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)品是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理特性所制作的各種功率半導(dǎo)體、射頻器件、傳感器等。這類產(chǎn)品比拼的不完全是工藝線寬，而是各種器件的構(gòu)造。

IDM（設(shè)計制造一體）的模式有利于特色工藝產(chǎn)品的深度開發(fā)

陳向東表示，特色工藝的半導(dǎo)體產(chǎn)品（高壓電路、MEMS傳感器、射頻電路和器件等）的研發(fā)是一項綜合性的技術(shù)活動，涉及到工藝研發(fā)與產(chǎn)品沒計研發(fā)的多個環(huán)節(jié)，IDM模式的企業(yè)結(jié)構(gòu)有利于該類技術(shù)的深度研發(fā)和優(yōu)產(chǎn)品群的形成。

以高壓工藝為例，只有系統(tǒng)地持之以恒地進(jìn)行工藝平臺建設(shè)；器件結(jié)構(gòu)研究、模型參數(shù)提取、設(shè)計環(huán)境建設(shè)；線路架構(gòu)設(shè)計、驗證；應(yīng)用系統(tǒng)研究；封裝技術(shù)研究以及質(zhì)量評價體系方面的研究工作，才能建立不斷進(jìn)步的高壓工藝研發(fā)體系。

國際上IDM企業(yè)的持續(xù)發(fā)展

陳向東指出，現(xiàn)階段超越摩爾定律的產(chǎn)品市場基本上都由美、日、歐發(fā)達(dá)國家的IDM結(jié)構(gòu)形態(tài)的公司所占有，目前在中國大陸和***地區(qū)，很少有競爭力的超越摩爾定律的產(chǎn)品。由此也在某種程度上說明了這一類產(chǎn)品設(shè)計與工藝的相關(guān)性以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形態(tài)。

從目前市場的發(fā)展來看，跑在前面的公司優(yōu)勢還非常明顯，無論從產(chǎn)品的技術(shù)性能、品牌口碑和市場占有率來看，要很快打破這個格局還不容易。持續(xù)的市場應(yīng)用新需求、長期穩(wěn)健的研發(fā)投入、公司的并購?fù)苿恿藝H上頂尖的IDM公司的不斷發(fā)展。

當(dāng)前有利于設(shè)計制造體企業(yè)成長的因素

陳向東認(rèn)為，當(dāng)前硅片尺寸的穩(wěn)定(到12吋甚本上停下來了）、建線的成本降低、摩爾定律的逐漸失效，產(chǎn)業(yè)人士意識到到純代工模式的一些弊端、發(fā)表建立IDM企業(yè)(或虛IDM企業(yè))的呼聲以及國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)政策支持都有利于設(shè)計制造體企業(yè)成長。

接下來，陳向東介紹了士蘭微電子的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展模式。

廈門士蘭微電子的IDM發(fā)展模式

2003年，士蘭微電子的第一條芯片生產(chǎn)線投入運行之后，士蘭微的組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型為IDM的模式，加強(qiáng)芯片設(shè)計能力的同吋，也強(qiáng)化了芯片生產(chǎn)線的硬件設(shè)施和工藝研發(fā)投入。

現(xiàn)階段，士蘭微電子的5英吋和6英吋兩條芯片生產(chǎn)線運行效果較好，其產(chǎn)出規(guī)模和工藝門類在國內(nèi)同等尺寸產(chǎn)線中跑在前列。

在國家集成電路產(chǎn)業(yè)大基金的支持下，2017年3月士蘭8吋的芯片生產(chǎn)線產(chǎn)出了第一枚圓片；2018年9月，實際產(chǎn)出8吋圓片超過32000片。

在廈門海滄區(qū)政府的大力支持下，2017年12月18日，士蘭微電子與廈門半導(dǎo)體投資公司簽訂了總投資220億元的兩個項目；在廈門規(guī)劃建設(shè)兩條12吋90～65nm的特色工藝芯片生產(chǎn)線和一條4/6吋兼容先進(jìn)化合物半導(dǎo)體器件生產(chǎn)線。

士蘭微電子對封裝的投入

為了配合特色工藝產(chǎn)品的研發(fā)，士蘭微電子還建設(shè)了功率器件、功率模塊、MEMS的封裝生產(chǎn)線。成都士蘭集佳科技有限公司定位于IPM模塊、功率半導(dǎo)體器件、MEMS傳感等產(chǎn)品的封裝，當(dāng)前已建成了300萬只/月IPM模塊、5000萬只/月功率器件以及2000萬只/月MEMS傳感器的封裝產(chǎn)能。

陳向東表示，近十年來，士蘭微電子在高壓電源電路、MEMS傳感器、電力電子器件在內(nèi)的產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域走特色工藝和產(chǎn)品技術(shù)緊密互動的模式，已具備了持續(xù)的工藝技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)開發(fā)能力，已能做到特色工藝技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。

士蘭微的主要產(chǎn)品智能功率模塊（IPM）、IGBT功率模塊、分立器件產(chǎn)品、MEMS傳感器。

介紹完士蘭微公司產(chǎn)品后，陳向東就IDM模式發(fā)表了幾點看法。

一、 從當(dāng)前市場和芯片技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢來看，中國大陸有機(jī)會成長出幾家規(guī)模較大的IDM模式的集成電路企業(yè) 。

二、IDM模式運行的企業(yè)由于有較重的資產(chǎn)，芯片生產(chǎn)線的建設(shè)、運行、工藝技術(shù)研發(fā)都要投入較多的資金，需要國家和地方政府相關(guān)政策的支持，需要金融資本的幫助。

三、受產(chǎn)業(yè)周期性景氣度的影響，作為重資產(chǎn)的以IDM模式運行的企業(yè)也會有一定的風(fēng)險，因此需要特別關(guān)注運行成本的控制。

四、企業(yè)運行需要有非常明確的戰(zhàn)略定位，技術(shù)、產(chǎn)品和市場依舊是IDM模式運行企業(yè)關(guān)注的重點。

五、士蘭微將培養(yǎng)持之以恒、持續(xù)發(fā)展的IDM文化。