從車規(guī)級芯片設(shè)計制造，三重富士通給出中國集成電路設(shè)計升級的策略

剛剛閉幕的ICCAD2017上，一組數(shù)據(jù)再次讓中國集成電路（IC）設(shè)計驚艷了業(yè)界——2017年中國IC設(shè)計全行業(yè)銷售收入預(yù)計為1945.98億元，同比增長28.15%！根據(jù)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》要求，到2020年中國集成電路產(chǎn)業(yè)設(shè)計業(yè)的銷售總額要達(dá)到3500億元人民幣，這已然凸顯了1500億元的增長“小目標(biāo)”。要繼續(xù)保持高增長，無疑中國集成電路設(shè)計需要開拓更多更高的技術(shù)和市場，而其中隨著中國成為全球汽車制造大國，汽車半導(dǎo)體市場的份額也將不容小覷。

研究機(jī)構(gòu)IC Insights的最新半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)驅(qū)動因素報告表明，相較PC、通信、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，汽車半導(dǎo)體市場至少在2021年之前都將是增長最強(qiáng)勁的芯片終端應(yīng)用市場，2017年車用IC銷售量將增加22%，明年將繼續(xù)成長16%！這一強(qiáng)勁增長市場，也是同期參展ICCAD2017的三重富士通半導(dǎo)體股份有限公司所極為看重的領(lǐng)域，車用集成電路代工是該公司最重要的代工市場之一。

圖1：三重富士通市場部部長羅良輔分享車規(guī)級芯片制造開發(fā)與質(zhì)量管理方案

“新能源汽車、自動駕駛等產(chǎn)品升級對芯片的質(zhì)量提出更嚴(yán)苛的要求，芯片設(shè)計能力、IP資源以及車規(guī)級芯片F(xiàn)oundry工藝的穩(wěn)定性也成為關(guān)鍵所在?！比馗皇客ò雽?dǎo)體股份有限公司市場部部長羅良輔在ICCAD 2017同期舉行的“FOUNDRY與工藝技術(shù)”專題論壇演講上指出，“作為一家全球領(lǐng)先的晶圓代工企業(yè)，我們看好中國汽車設(shè)計與制造前景，三重富士通半導(dǎo)體希望扮演推動中國IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)高速增長的推動力！”

借Foundry之力助升級芯片設(shè)計

如今車聯(lián)網(wǎng)與自動駕駛領(lǐng)域風(fēng)起云涌，產(chǎn)品形式及應(yīng)用功能呈現(xiàn)多元化發(fā)展，如車機(jī)中控、智能后視鏡、胎壓監(jiān)測、ADAS雷達(dá)等。這些車規(guī)級終端應(yīng)用市場“全線開花”的背后，是中國IC設(shè)計行業(yè)不斷涌入新玩家，進(jìn)軍傳感器、低功耗MCU以及無線連接等多元化芯片方案領(lǐng)域的結(jié)果，這也從ICCAD上報告的中國共有約1380家IC設(shè)計企業(yè)的說法中得到印證。

圖2：三重富士通已實現(xiàn)55nm制程AEC-Q100 Grade1/2標(biāo)準(zhǔn)的LSI平臺

“汽車芯片設(shè)計生產(chǎn)，功能安全是首要的要求，因此芯片的高質(zhì)量和高可靠性非常重要。我們認(rèn)為確保從設(shè)計到芯片流片全程的高質(zhì)量，芯片設(shè)計與后端代工協(xié)作極其關(guān)鍵?！绷_良輔指出，“我們?yōu)榭蛻籼峁┢嚰?LSI開發(fā)環(huán)境，包括經(jīng)過市場驗證的AEC-Q100 Grade 1/2/3 IP、ISO26262 IP、5V I/O支持、精準(zhǔn)的PDK、汽車DFM、嵌入式的存儲技術(shù)，等等?！?/p>

據(jù)羅良輔介紹，三重富士通歷史沿襲以及通過合作購買等擁有大量汽車級IP可供客戶調(diào)用。“這些IP包括極高節(jié)能優(yōu)勢的DDC技術(shù)、嵌入式存儲技術(shù)（eNVM）、，以及對設(shè)計經(jīng)驗要求極高的RF系列IP?！绷_良輔指出，“例如自動駕駛功能中應(yīng)用非常廣泛的圖像處理器(ISP)，全球很多主要的芯片都是由我們代工。在汽車?yán)走_(dá)方面，三重富士通也有自主研發(fā)的技術(shù)/IP，并與富士通研究所合作研發(fā)、使用CMOS技術(shù)制造毫米波段的MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit）技術(shù)?！?，三重富士通已準(zhǔn)備好毫米波的Process Design Kit（PDK），也將成為在車載雷達(dá)研發(fā)上也極具競爭力的工藝產(chǎn)品。

圖3：三重富士通強(qiáng)調(diào)與客戶建立緊密的協(xié)作模式

據(jù)悉，三重富士通當(dāng)前的工藝覆蓋了從40-90nm節(jié)點(diǎn)的低功耗CMOS技術(shù)，提供獨(dú)具特色的eNVM、RF工藝選項、毫米波射頻技術(shù)。這些對很多車規(guī)級集成電路來說非常重要。“三重富士通本身擁有豐富的基礎(chǔ)IP庫，我們還加強(qiáng)了與Synopsys、Kilopass、Faraday等在基礎(chǔ)IP上的合作，全面解決物聯(lián)網(wǎng)芯片制造上的IP資源需求?！绷_良輔強(qiáng)調(diào)道，“這些資源對于合作客戶來說都是非常重要的支持，我們希望與中國企業(yè)接觸，在他們設(shè)計的早期提供支援?！?/p>

有意思的是，作為原富士通集團(tuán)內(nèi)部的IDM配套制造產(chǎn)線，獨(dú)立作為專業(yè)代工企業(yè)僅僅三年的三重富士通其實已經(jīng)是行業(yè)資深老兵——擁有30年以上制造經(jīng)驗，其中55nm制程已經(jīng)十分成熟，如55nm制程打造的AEC-Q100 Grade1標(biāo)準(zhǔn)LSI平臺已被眾多客戶采用，同時40nm工藝相關(guān)制程也在量產(chǎn)中。“三重富士通不僅擁有ISO26262認(rèn)證的知識產(chǎn)權(quán)專利，更擁有車規(guī)級DFM(DesignFor Manufacturability)方案、高精準(zhǔn)PDK(Process Design Kit)以及高精準(zhǔn)SPICE模型等面向汽車行業(yè)的LSI設(shè)計環(huán)境，以確保高質(zhì)量與穩(wěn)定性并存的晶圓代工制造水平?！绷_良輔指出。

圖4：三重富士通擁有眾多解決方案以應(yīng)對不同芯片的制造需求

多維度策略并行，良率93%+的“三重式”質(zhì)量管理

“在滿足各類芯片的制造需求以外，三重富士通更提供車規(guī)級芯片質(zhì)量管理方案與BCM(Business ContinuityManagement)防災(zāi)應(yīng)急措施，以確保對客戶訂單的持續(xù)供給。這一系列的服務(wù)是三重富士通晶圓制程良率高達(dá)93%的重要基礎(chǔ)。”羅良輔特別指出。

圖5：三重富士通配備業(yè)界領(lǐng)先的工廠自動化系統(tǒng)MES

三重富士通具備業(yè)界領(lǐng)先的芯片制造管理技術(shù)，如Lot/晶圓追蹤、Preferredtools、WAT管理、缺陷率歸零目標(biāo)等。在車規(guī)級芯片質(zhì)量管控方面，除了常見的AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)、-40~125℃工作溫度以外，更有車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的CPK(Capability Process Key)強(qiáng)化(注：三重富士通達(dá)到CPK≧1.67)以及優(yōu)化SPC調(diào)控等。

圖6：三重富士通為車規(guī)級芯片制造提供質(zhì)量承諾

在BCM防災(zāi)措施，特別是地震應(yīng)對措施方面，三重富士通是半導(dǎo)體制造行業(yè)中首家采用了混合隔震結(jié)構(gòu)(AVS)的工廠，在建筑物與地基之間設(shè)置了三道隔震裝置，包括板式橡膠支座、剛性滑動軸承以及油減震器，在正常狀況下可將微震的影響控制在最小限度。除此以外，三重富士通更部署了NAS電池、Li-ion capacitor(LIC)雙回路電源供電與設(shè)置LNG(液化天然氣)輔助基地等設(shè)施，實現(xiàn)廠區(qū)的無間斷供電，保障工廠的穩(wěn)定性連續(xù)生產(chǎn)。

羅良輔稱：“為了最大限度地確保廠區(qū)功能安全與人員生命保障，三重富士通對高質(zhì)量與高可靠性的生產(chǎn)需求始終擺在第一位。”他總結(jié)道：“依照ISO14001規(guī)定在奉行‘環(huán)保工廠’的同時，三重富士通確立了ISO9000系列以及基于汽車ISO/TS16949認(rèn)證的質(zhì)量保障管理體系，并在BCM防災(zāi)措施上部署對應(yīng)措施，從而能夠持續(xù)、高質(zhì)量地輸出35,000片/月的12寸晶圓產(chǎn)能！”

開啟晶圓代工“共享經(jīng)濟(jì)”模式

據(jù)業(yè)內(nèi)媒體報道，相比以往第四季度的傳統(tǒng)投片淡季，近期不斷有芯片廠商向上游晶圓代工廠增加投片量的需求，折射出2018年晶圓代工產(chǎn)能恐仍供不應(yīng)求的狀況。其中，SEMI(國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會)分析指出，物聯(lián)網(wǎng)與汽車電子是推動晶圓需求的主要推手。而另外一面，據(jù)悉中國當(dāng)前約1380家IC設(shè)計企業(yè)中，占總數(shù)88.62%的企業(yè)則是人數(shù)少于100人的小微企業(yè)。“對IC設(shè)計的中小企業(yè)而言，過高的流片成本對其而言是一筆必不可少、但又負(fù)擔(dān)很大的支出?！绷_良輔稱，“這在影響中小企業(yè)測試驗證其芯片的同時，也無形中拖延了產(chǎn)品的上市時間，甚至?xí)霈F(xiàn)資金回流的問題?！边@時，“共享流片”概念的提出為解決這一需求提供了可能性。

“Shuttle service是三重富士通面向中小型IC設(shè)計企業(yè)推出的靈活流片服務(wù)?！绷_良輔表示，“這一大批中小IC設(shè)計廠商的需求是長期存在的，三重富士通看到了這一點(diǎn)需求，因而順應(yīng)市場需求推出該項服務(wù)?！盨huttle service是三重富士通推出的一項采用55nm以及40nm的CMOS技術(shù)實施的MPW（Multi Project Wafer）試驗性服務(wù)，通過多名客戶共享掩膜與晶圓的方式實現(xiàn)芯片的低成本制作，?！癝huttle service通過靈活地安排流片排期，提供流程化的完整流片服務(wù)，從而最大限度地滿足多名客戶的需求。三重富士通自成立以來，其晶圓代工服務(wù)即有口皆碑，我相信這會成為中國、甚至全球客戶的優(yōu)先選擇?！绷_良輔在演講結(jié)束之際這樣說道。