莫大康：特色工藝將成為中國半導(dǎo)體業(yè)的機(jī)遇

近期電子科技大學(xué)張波教授提出“特色工藝將成為中國半導(dǎo)體業(yè)的機(jī)遇”，由于有獨(dú)特的見解，已引發(fā)業(yè)界的贊許。

特色工藝這個(gè)詞有些“新”，但是經(jīng)張波教授的解釋，它原是摩爾定律的三個(gè)方向之一，英語叫“More Than Moore”，之前的譯名為“超越摩尓定律”。

張波教授把“特色工藝”稱為“非尺寸依賴”， 是指器件價(jià)值或者性能的提升，不完全靠尺寸縮小，而是通過功能的增加。

實(shí)際上定律延續(xù)50多年來，半導(dǎo)體業(yè)的驅(qū)動(dòng)力有兩個(gè)，一個(gè)是尺寸縮小，另一個(gè)是硅片直徑增大，顯然尺寸縮小起主要作用。

莫大康

由于定律有自身的局限性，在那個(gè)時(shí)代它只能預(yù)測(cè)到晶體管的密度要增加，成本可下降，實(shí)際上它無法揭示隨之而來的功耗增大及晶體管的性能提高等。所以近期指出定律的另一個(gè)方向，”非尺寸依賴”具有指導(dǎo)意義。

為什么特色工藝成香餑餑

全球半導(dǎo)體業(yè)在2000年時(shí)銷售額達(dá)2000億美元，至2013年，經(jīng)過13年時(shí)間達(dá)到3000億美元，然而僅用了4年時(shí)間，至2017年時(shí)己上升到4000億美元，而2018年達(dá)到4700億美元，非?？赡茉?020年時(shí)達(dá)到5000億美元。它反映全球電子產(chǎn)品市場(chǎng)中硅含量的急速提升及價(jià)值鏈的體現(xiàn)。

但是從另一方面觀察，由于定律不可避免的趨向物理極限，IC設(shè)計(jì)成本的急速飆升，全球能夠繼續(xù)追蹤尺寸縮小的廠商數(shù)量越來越少，導(dǎo)致依賴工藝尺寸縮小的推動(dòng)力減弱。所以半導(dǎo)體業(yè)界試圖開辟另一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)，所謂特色工藝其理在其中。

依業(yè)界的觀點(diǎn)，特色工藝主要指模擬、RF、功率及MEMS，以及近期非常火熱的2.5D、3D的堆疊封裝等。在未來20年中它非?？赡艹蔀橹饕苿?dòng)力之一。

按現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)，特色工藝可能集中于8英寸硅片，及少部分的12英寸硅片中，從工藝尺寸覆蓋可能在28nm以上。顯然這個(gè)分界線逐步在改變，在2000年時(shí)12英寸硅片剛興起時(shí)，這個(gè)分界線是90nm。如今8英寸硅片逐步升級(jí)也己擴(kuò)展到65nm。這一切取決于經(jīng)濟(jì)因素，因?yàn)樯?jí)8英寸設(shè)備要投資，以及90nm以下的光刻機(jī)需要重新購買，增加了成本。

如果采用8英寸硅片設(shè)備作特色工藝，有它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：1)，設(shè)備的折舊期已過，節(jié)省成本；2)，250nm-130nm工藝相對(duì)成熟穩(wěn)定；3)，設(shè)備的軟件升級(jí)較少受原廠控制等。

張波教授總結(jié)特色工藝具有市場(chǎng)分散，品種眾多、與應(yīng)用關(guān)系強(qiáng)，且無壟斷企業(yè)等特點(diǎn)。

但是仔細(xì)羅列全球摸擬，RF，功率及MEMS等全球前十位廠商中，發(fā)現(xiàn)排在前列的都是歷史悠久的資深老廠，如歐洲的NXP、Infineon及STMicron及日本的Sony、東芝、三菱、富士通、瑞薩、及美國的TI、Microsemi、及ON Semi等。其中許多廠商至今仍堅(jiān)守8英寸，甚至6英寸硅片，但是有舉足輕重的地位。

據(jù)SEMI 2015年數(shù)據(jù)，2016年全球8英寸硅片的市場(chǎng)份額，模擬占11%，分立器件14%，邏輯加微處理器21%，存儲(chǔ)器占3%，代工占47%及MEMS加其它占4%。

另據(jù)SEMI 2016年數(shù)據(jù)，2017年全球晶圓產(chǎn)能為每月1790萬片(8inch計(jì))，其中8英寸產(chǎn)能為月產(chǎn)520萬片，約占不到1/3，其中前十大8英寸廠的產(chǎn)能占總產(chǎn)能的54%。

特色工藝在中國

據(jù)廈門半導(dǎo)體投資集團(tuán)總經(jīng)理王匯聯(lián)的數(shù)據(jù)，2018年中國在建及規(guī)劃Fab產(chǎn)線總共33條，包括21條12英寸線、11條8英寸線，其中特色工藝線16條、邏輯產(chǎn)線9條、存儲(chǔ)產(chǎn)線8條。SEMI數(shù)據(jù)顯示中國晶圓產(chǎn)能2019年占到全球16%，到2020年將增至20%。

其中的趨勢(shì)是中芯國際，代工業(yè)的領(lǐng)頭羊，除了在國家資金等支持下，開發(fā)14nm及以下邏輯制程工藝之外，積極擴(kuò)充它的8英寸產(chǎn)能，包括天津，深圳，寧波，紹興等地，而原本生存得很滋潤的華虹，華潤微電子，士蘭等，卻由8英寸延伸至12英寸，目的都是為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，跨入特色工藝中。

實(shí)際上企業(yè)的決策才是最真實(shí)的反映，它們的感覺十分靈敏及深刻。那么多條特色工藝生產(chǎn)線的興建，至少反映現(xiàn)階段它可能適合于中國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的需要。

因?yàn)閺漠a(chǎn)業(yè)利益出發(fā)，現(xiàn)階段由中芯國際，華力微積極跟蹤14nm及以下邏輯制程，以及由長江存儲(chǔ)做3D NAND閃存，合肥長鑫做19nmDRAM等都是很有必要，首先要解決“0”到“1”的突破問題，具備能力之后才逐步擴(kuò)充產(chǎn)能。顯然這段路十分崎嶇，投資巨大及周期長，技術(shù)難度高，未來產(chǎn)品市場(chǎng)的競爭力將經(jīng)受考驗(yàn)。

而絕大部分的中國半導(dǎo)體企業(yè)，它們首要任務(wù)是求生存，能實(shí)現(xiàn)盈利，所以讓它們?nèi)プ粉櫠?，或者嘗試存儲(chǔ)器的IDM模式量產(chǎn)是不客觀的。所以它們紛紛轉(zhuǎn)向選擇特色工藝可能是必由之路。

分析中國半導(dǎo)體業(yè)在代工業(yè)中8英寸制程與全球的先進(jìn)水平接近，有一定優(yōu)勢(shì)，但是在非邏輯制程中，如模擬、高壓、MEMS、包括IDM模式的產(chǎn)品等方面可能差距較大。

另據(jù)張波教授的資料，采用特色工藝可能有助于提高國產(chǎn)化率。因?yàn)橹袊M(jìn)口集成電路的均價(jià)只有7毛五，不足一美元。其中進(jìn)口了大量每塊價(jià)值達(dá)數(shù)百美元的高端CPU，同時(shí)也大量進(jìn)口了不需要先進(jìn)工藝的分立器件、電源管理IC、微控制器等。因此釆用特色工藝，國產(chǎn)替代的空間非常巨大。

顯然在市場(chǎng)競爭中，對(duì)于中國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展不可能有一條“捷徑”，做特色工藝是機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)同在。因?yàn)閷?duì)手都十分強(qiáng)大，經(jīng)驗(yàn)豐富，而我們是“追趕者”，從先天性方面不存在優(yōu)勢(shì)，僅僅是由于市場(chǎng)機(jī)會(huì)多，產(chǎn)品分散，與應(yīng)用結(jié)合強(qiáng)，而中國擁有全球最大的市場(chǎng)，具這樣的優(yōu)勢(shì)地位有可能讓我們從中分得一杯羹。

企業(yè)成功的要素取決于市場(chǎng)空間，技術(shù)能力及時(shí)機(jī)，關(guān)鍵要有一位強(qiáng)有力的CEO。

近期貿(mào)易戰(zhàn)對(duì)于中國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的影響不可小視，一個(gè)是電子產(chǎn)業(yè)鏈有部分外移出中國，另一個(gè)是美國的封鎖持續(xù)加緊等，導(dǎo)致中國半導(dǎo)體業(yè)要維持年均增長率達(dá)20%可能有一定難度。不過事物有它的“兩重性”，有時(shí)“壞事”也可能變成“好事”，如貿(mào)易戰(zhàn)下促使部分人才加速回流，以及在外壓力下能激發(fā)斗志，更加團(tuán)結(jié)，有可能取得更大的成績。

莫大康：浙江大學(xué)校友，求是緣半導(dǎo)體聯(lián)盟顧問。親歷50年中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程的著名學(xué)者、行業(yè)評(píng)論家。