半导体十年巨变

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1、精选优质文档-倾情为你奉上前言回顾2000年至今的半导体业发生了巨大的变化，产业的销售额从2000年的2000亿美元增加到2011年的近3000亿美元，统计此阶段的年均增长率己从过去的近17下降到6左右。近十年中从产业的环境出现过一次2001年的互联网泡沫破裂，导致产业有两年的调整，积聚能量直至2004年再次跃起。此后由于12英寸硅片的导入，产业开始又一轮的产能扩充竞赛，直至2008年Q4全球金融危机的爆发。由于金融危机属于外部因素，在那时产业的基体仍是相当健康，因此仅用6个季度时间半导体业又重新开始复苏，加上终端电子产品市场如苹果的iPhone,iPad等兴起,并且来势十分强劲，导致2010

2、年半导体业进入又一个历史的高点，增长达32。2011年对于全球半导体业是个让人感觉十分怪异,原本以为在2010年高增长的动能驱使下,产业至少该有10左右的增长，实际上由于产业的迅速回调，半导体产业又进入一轮下降通道,导致2011年仅只有1的增长，并预测2012年的增长在5左右。业界都认为全球经济的大环境,包括GDP,消费者信心指数，失业率等将左右未来的半导体业。由此表明两个方面;一个是半导体自身增长动能不足，另一个是产业日趋成熟。未来半导体业可能再难有两位数以上的成长。感谢英特尔两次革命性的技术突破摩尔定律激励半导体业进步，它要求每两年按尺寸等比缩小70，前进一个台阶，至2011年时己达22纳

3、米,发现一步也没有偏离，要感谢英特尔为产业立下汗马功劳。按ITRS路线图，2005年已进入65纳米工艺节点，此时二氧化硅的沟道厚度只有2纳米，相当于5个硅原子厚度，随时可能因缺陷等因素发生漏电流大量上升,而导致器件失效。英特尔于2007年及时的开发出高k金属栅工艺，相当于把沟道的等值厚度提高。摩尔称这项创新是“20世纪60年代多晶硅栅极MOS晶体管出现以来，晶体管技术的最大变化”。甚至时代杂志认为，英特尔Penryn微处理器是2007年最佳发明之一。把定律至少又延伸十年。另一次是2011年的22纳米节点3D晶体管结构。据北京华尔街日报报道,它公布的2011年美国“科技创新奖”，英特尔的3-D三

4、栅极晶体管设计获得半导体类别创新大奖。英特尔的3-D三栅极晶体管结构代表着从2-D平面晶体管结构的根本性转变。这项革命性成果，其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管投入批量生产，开启了摩尔定律的又一个新时代。与之前的32纳米2D平面晶体管相比，22纳米3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%，而全新的晶体管结构只需消耗不到一半的电量。尺寸缩小可能走到尽头目前做芯片的制造商都面临要作困难的决定。跟踪先进制程？还是”不”？事实上今天看到的凡是最先进的工艺节点，都由英特尔首先突破，此后才有10%的AASP芯片设计跟随它。10%不是一个随便的数字，而是表示10%的产品要实现量产,满足市场

5、需要。在130nm时许多制造商紧紧追赶，几乎谁都不愿落后。但是到90/65nm时发现ASSP产品己经有2年的滞后，很大程度上取决于代工的工艺能力。到32nm时发现与英特尔出该产品的时间己经有4年的差距。因为代工的兴趣点(sweetspot)，或者AASP及ASIC的兴趣点总在全球最先进的工艺制程之后，即消费电子产品市场,包括手机等的需求在开初时不会采用最先进的工艺制程，只有当市场需求的量上来后,才会考虑釆用最先进制程来获得更多的利益。衡量尺寸缩小的效果用每个栅的平均成本来考量，到22纳米时可能出现逆转,而开始上升。由此业界开始质疑，尺寸还会继续缩小？看来摩尔定律接近终点时关键不一定在技术上能否

6、实现，而是更主要从经济层面，考虑尺寸缩小所需要的投入，及它的回报率在哪里？硅片尺寸的过渡目前全球一半以上的fab产能超过10年以上，其中依200mm及300mm硅片fab为主。问题是如何支持这些老旧fab及设备能够满足日益增长的市场需求2011年日本大地震引发出许多老旧150mm,200mmfab及备件问题。下图汇总一些历史数据及预测，来观察全球硅片尺寸的过渡趋势。由于未来全球半导体业仍有6-7的年均增长率来推动工业成长。当假设450mm硅片在2017年开始依较快速率的增长，与300mm硅片的交*点可能在2023年附近。从图中看到150mm硅片在1999年左右开始下降,200mm硅片在2009

7、年左右开始下降，表明接近10年为一个硅片尺寸周期。按理2019年应该开始450mm与300mm交替，可能由于全球大环境与定律趋向终结等原因推迟了更替。另外OEM估计为什么200mm硅片至今仍非常稳定不衰,有两个因素,1),那些己经全折旧完的fab能实现盈利,虽然有些产品的ASP持续下降，但是这些fab仍在支撑它。2),现在许多200mmfab开始转向LED,MEMS与功率器件生产。老旧fab有两个方面的问题1),设备年久，很难再得到备件与技术支持。这也是为什么现在要提出设备老化的对策。2),开展设备能力的提高及再利用计划。把现有的设备延长使用寿命，或者转移至LED,MEMS等器件生产。英特尔于

8、2002年兴建它的第一条12英寸生产线DIC于俄勒冈州。半导体产业模式fablite的新思维近期英特尔的资深院士MarkBohe声言”代工加fabless模式”己走到尽头，引起业內热议。它的论点包括代工因资源分散，不能专注等原因，在技术上己明显落后于IDM(传台积电与英特尔相比技术差距在2.5年以上，即超过一代)。因此导致fabless拿不到先进制程的产品而抱怨。产业模式有多种多样，只要存在就有它的合理性。如全球半导体业由最早的单一IDM模式(甚至包括部分设备和材料),到80年代未由于代工的兴起，而导致设计，制造，代工与封测的四业分离,以及如今的fablite模式盛行(主要指在IDM中)。相对

9、而言，如今全球无论fabless或者代工,它们的增长率均高于IDM。而且事实上fablite轻晶园厂模式受到众多IDM的青睐。但是由此也不能轻言IDM模式的衰落。因为总体上前两大IDM，英特尔与三星的占比在继续上升，所谓”大者恒大”趋势也十分明显。ICInsight公布2010fabless排名时，首次有13家fabless公司进入销售额超过10亿美元的行列。其中的第10位Avago公司，2010年销售额为12亿美元。Avago是一家提供模拟，混合讯号芯片的fabless公司,它有三条小型芯片生产线，分别位于美国科罗拉多州,新加坡及马来西亚。再观察2011全球Fabless公司的销售额增长4%

10、，远远超过芯片业的总体增幅，芯片业总体增幅2011年为1%。另外，2010年半导体业大幅反弹时，芯片业总体增幅33%而Fabless仅为27%。25家上榜企业中有15家的表现超过了4%，两倍平均增速以上的企业有8家。高通与博通仍是雄居第一及第二位，销售额分别达到99.1亿美元与71.6亿美元及增长率分别为38与9。如果按照增速来排名，受益于中国等发展中国家手机业务的增长，展讯年增速95%，远远超过其他竞争对手。从2009年的67名跃居50位至17名。14纳米可能是拐点在半导体制造工艺中尽一切可能延伸光学的缩微方法寿命是十分重要，尽管无论EUV或者EB电子束，由于波长短十分诱人，但是要达到工业化

11、量产水平，尚需时间。所谓”远水解决不了近渴”。因此目前193nm浸入式，加上两次(甚至4次)图形曝光技术及DFM技术等来实现缩微是现实的解决方案。据目前的实践,上述方法己经能实现22-20nm水平，但是能不能突破14nm，尚难预料,因此14nm可能是个拐点。不过近期也有好的消息，据设备大厂应用材料公司在它的Q2财务会上透露,英特尔己准备为14nm设备下订单。另外,近期英特尔，台积电等都声言半导体技术可达7nm，5nm，相信并非是忽悠，因为从EUV的波长14nm及BEUV的波长仅6.8nm，在实验室环境下实现7nm,5nm、是完全可能。但是其中有两个方面必须考虑，一个方面是由于光学光刻技术己走到

12、尽头,必须要采用EUV或者EB电子束等下一代缩微技术，另一方面是这些方法从理论上都是可行的，然而实现工业化量产尚有诸多关键技术与配套材料需要解决。因此未来的技术都必须把成本考量及投资回报率放在首位，经济上的可行性更显关键。英特尔三星与台积电加高通三足鼎立全球半导体业中大者恒大的趋势日益加剧，其中英特尔,三星与台积电+高通三足鼎立已形成雏形。按市场调研公司ICInsight公布的2011全球前20大制造商排名中数据，英特尔为496亿美元，三星为334亿美元及高通为99亿美元，和台积电的145亿美元(取自Gartner2012Mar)。未来的三足将是什么态势，目前尚在变化之中，前景尚难预料，但是以

13、下两个趋势较为明朗；1），谁也无法独霸2），决战在14纳米及450mm硅片。目前英特尔仍掌控全球处理器芯片，市占达80以上，虽有对手AMD，但是基本上处于垄断地位。但是随着笔记本电脑被平板侵蚀,及台式机的衰退，唯有服务器的芯片仍相当强劲，虽然英特尔的销售额仍在上升，但是未来的势头一定减缓。近期它推出Atom系列芯片，采用32纳米高k金属栅工艺,明年进入22纳米。它试图在平板，手机芯片市场中争点实地。相信英特尔财大气粗，技术上确有优势，但是与ARM那种授权亲民模式相比，它的64-62%毛利率是自身的一大障碍。目前英特尔的卖点是先进工艺制程，领先其它对手一代以上。因此英特尔的未来可以比喻为”笼中的

14、狮子”，凶猛有余，但己伤不了它人。三星电子是韩国最典型的国有企业。它2010年的营业利润共29万1432亿韩元。销售额较2009年增加了11.8%，营业利润增加了39.1%。在同一时期，集团全体职员人数由2009年20万7532名增加到了22万7269名，增加了1万9737名（9.5%）。韩国中央日报报道，三星集团的销售额占2010年名义国内生产总值（GDP，1172万8034亿韩元）的22.1%，超过了五分之一。占GDP比重比5年前的2006年（16.8%）增加了5.3个百分点。近年来三星在巩固存储器首位的前提下,积极扩大逻辑产品SoC及代工业务。三星积极扩充逻辑产品与代工的产能，在2011

15、年的全球大代工排名中看到显著的效果。它的代工销售额由2010年的4.0亿美元，迅速扩大到2011年的19.5亿美元，超过中芯囯际成为全球第三，预期其2011-2015年的代工年增长率可达30。过去只比谁能把逻辑IC做得更小，这个领域，全世界前十大半导体设备公司掌握了绝大多数的市场。但是，当摩尔定律快走到尽头，将比较谁能用半导体更有效的生产微机电、天线、模拟电源等领域“，这些领域需要的设备就不一样。”近期三星切入设备产业，正好可以抢先占领这块新的商机。因此业界认为”三星掐住弱点锁喉震惊台积电”。如果无法再快速降低成本，未来晶圆代工将变成成熟产业，“台积电的核心能力会转移到设备商身上去”，此点将直

16、接威胁到台积电。因此综上所述，三星除了继续保持在存储器业中首位之外，随着尔必达的破产，它尚有机会把市占率扩大至50。另外在代工中如果正如它自已的预测，年均增长达30，那2015年时它的代工销售额可达55.7亿美元，再加上SoC市场的扩充，三星成为半导体中又一颗明星。台积电与高通是一对全球最成功的fabless+代工组合，它们分别是全球fabless及代工的首位。未来的态势会怎么样？从全球代工的兴起，它主要为fabless而生，市占率达60。但是由于代工模式的局限性，市场不可能把量大面广的产品，如CPU，存储器，包括利润较高的模拟产品让代工来生产。因为产品的设计者一是担心技术外泄，另一个是担心不

17、能及时拿到产品，影响市场。非常明显采用代工模式，很难达到产品可以自控。另一方面，作为象台积电这样的顶级代工制造商，也把风险放在首位，一种是担心产能扩充过快，缺少市场支持,另一种是开发一种新的技术的通用性。任何一种技术的开发需要成本，两种途径可能解决，一种是分担到多个客户，另一种是自已承担，这就需要由加工多少硅片来分摊，有个成本因素。因此业界盛传台积电的工艺技术落后英特尔一代以上，是客观的，由此也并不表示台积电没有能力，而是因为英特尔的模式永远需要最先进的工艺,而台积电需要权衡市场的回报。台积电的强项在于代工的管理，人材及配套的IP。目前己作到极致，似乎己碰到天花板的顶层，虽然它还能上升，但是留

18、给它的空间己不多，其中48%的毛利率不可能持续，三星，globalfoundries，甚至英特尔都早己虎视眈眈。目前它的市占率己达50，相信未来定会有变数。高通也是一家十分优秀的fabless，业界认为虽然它的手机芯片市占率高达45,但它的成长主要依靠兼并的成功。目前手机市场十分火红，前景看好,但是手机也是一种大宗的民用产品。如今PC产业现在己经沦落为一个成熟的产业，利润非常低，因此业界担心未来手机业的前景，会否成为另一个PC。近来英特尔扬言fabless己到终点，可能出于自身的利益，有一定的偏见。问题源自高通，Xilinx，Altera等fabless因为台积电的产能不足而拿不到产品，其实这

19、是十分正常的。因为台积电的28nm产能扩充需要时间，更主要台积电也不能冒风险迅速扩大产能，这是IDM与代工在本质上的不同。因此业界传闻为了共同的利益，未来很可能由fabless与代工合资建厂，然后再分配产能。这样的模式在英特尔与美光的合资NAND厂IMFlash中己经有过。高通的业绩正节节上升，有望销售额达到150亿美元兼并重组是推动产业发展壮大的捷径对于每一个依靠风险资金创办的所谓startup公司,从开初到概念产品的出现,通常需要2至3年时间。之后企业的出路无非有三种；1),摡念产品出不来,或者需要太长的时间,表明初创企业失败;2),被别的公司收购,这是占大部分。无论风险投资公司及初创者都

20、能得到部分的利益回报；3),企业扩大产能,由小做到大,直到上市。显然只有一小部分具有竞争力的公司才有此可能。然而,公司由小到大，由弱到强方法也有两种。一种是依靠自身的积累,逐步发展壮大。这种方法在现阶段己几乎不可能,因为工业变化太快,时间已等不及。另一种方式就是现在盛行的,不断的通过兼并行为来使企业迅速扩大,而且这一定是目前的主流行为。越是处于产业的下降周期,工业之间的兼并行为越是加剧,这是现代半导体业的新趋势。因为在产业的上升周期时,兼并的代价要高得多。兼并既然是一种市场行为,必定伴随着风险,有的通过兼并使公司迅速壮大,公司的竞争力显著增强。相反,也有企业通过兼并之后，由于水土不服等原因,导

21、致企业反而减弱。记得江上丹曾说过,当2009年ATIC兼并新加坡特许半导体时，中国也十分关注,也曾有购并特许半导体的计划呈上,但是很可惜晚了一步。分析认为目前在中国开展在半导体领域中的国际化的兼并尚不够成熟,主要是市场机制的问题。如果回顾2004年时曾发生中芯囯际用2.8亿美元股权兼并天津MOS-17,为什么能够顺利进行，主要原因是当时中芯的运行机制，非国有化,由张汝京作决定。同样比较ATIC与中国方面都有意兼并特许半导体,但是两者不能等同,因为ATIC完全是个市场化行为,当ATIC董事会审查通过,就可以立即作出决定。而相比中国方面要层层报批,而且我们的决策过程涉及到国家的多个部门,因而非常可

22、能的是说有此需要的人没有作最后决定的权力,所以决策迟疑是不可避免的。另外,可能更大的问题是中国提出购并特许半导体时,涉及高科技领域,有些西方国家会因种种理由而出面阻挠。这样的事例对于中国己不少见。最后还有一个消化吸收问题,俗话是水土服不服。之前联想曾购并IBM计算机部,最终的结果可能是个写照。所以高科技项目的兼并,可能要与我们的工业基础实力相容,更为关键这类市场是全球化的,而且市场是瞬息万变,无论从人材,市场及文化融合等方面可能尚有许多学习的过程。中国半导体业也试图通过兼并而做大做强,思路肯定是正确的,但由于大多是由政府出面来主导,所以市场化的意识不足及决策过程迟缓是共同的问题。因为关键在于兼

23、并的目的和由谁对于兼并负责任不十分明确。任何市场行为都存在风险，兼并是一种激烈的市场行为，同样孕育着巨大的风险，所以必须谨慎与细心行事。兼并重组是推进产业做大做强的有效途径之一，针对目前的现状提出两条供参考,首先兼并不可能是心血来潮，要提前作好功课,不断地搞清楚企业需要的是什么？利弊在哪里？尤其是带来的可能风险是什么？如何应对策略。第二条是改变决策机制，要能迅速反应。全球代工版图改变的基因分析代工业的兴起源自台湾地区,对于半导体产业链的四业分离，设计；制造与封装及测试起到决定性作用。同样代工业的成长并非一帆风顺,开初时的爬坡成长期,业界也曾抱怀疑的态度。因此全球代工业主要集中在台湾地区，而众多

24、的美，日，欧,尤其是领先的厂商似乎并不看好它。仅是近期开始拥抱代工,典型的例子如2009年AMD被分拆成设计与代工制造两部分,后称GF(globalfoundries),成为全球代工中又一个有力的竞争者。半导体研发与建厂费用高耸随着摩尔定律逐渐逼近终点，之前主要依靠尺寸缩小来推动工业增长的红利渐渐远去。据Cadence的副总裁徐季平估计,随着IC研发与设计的成本急速上升，如32/28纳米的工艺研发费用为12亿美元，至22/20纳米时为21亿美元。而IC产品的设计费用由32纳米的50-90M美元至22纳米时的120-500M。这样一个32纳米芯片从投资回报率角度需要售出3000-4000万块，而

25、到20纳米时需要6000万至1，0亿块,才能达到财务平衡点。因此业界共识，工艺尺寸达到22nm,或20nm时，可能通用的成本下降理论已不再适用,导致产品会优先选择成熟的65nm,45nm或32nm工艺。另外，目前半导体建厂费用也大幅上升,达到40-100亿美元,称之为gigafab,业界测算年销售额必须大于100亿美元才符合基本建厂条件,因此未来有能力再建新厂的厂商已曲指可数。上述原因会对整个半导体产业链产生很大的影响，导致未来众多的顶级IDM大厂，纷纷开始拥抱foundry代工，形成未来全球半导体业中能够继续跟踪定律的厂家数量减少。据业界初步估计,未来能够采用22nm,20nm,甚至14nm

26、的工艺及450mm硅片的厂家数量在全球仅10家左右。”大者恒大”理论在半导体业中会进一步发酵。半导体市场推动力由硬件平台转向应用平台半导体是产业，是产业必须要能盈利，否则不能持续进步。然而什么能推动半导体产业进步呢？近40年来半导体业的进步主要围绕着个人计算机及不断的增加芯片的功能。导致晶体管变得越来越小，成本下降与摩尔定律的预测基本一致。但是工艺只是推动半导体进步的一个方面的因素，定律仅解决的是有关芯片的性能和成本的问题，而不能解决芯片的功耗问题。半导体业正由过去的CPU,处理器性能,硬件平台来表征,让位给移动系统芯片SoC,硬件与软件的应用结合,所谓应用平台。因为目前尺寸缩小可能己快走到尽

27、头,在半导体业中盛行的摩尔定律已引发另一个拐点，把晶体管做得更小未必会带来一定的好处。在2001年时摩尔曾预测未来产业的拐点可能发生在2001-2020年期间。目前定律每两年进步一个台阶肯定会趋缓。在新的SoC时代下,由于CMOS工艺的同质化,导致IC设计的附加值会高于制造业。因此未来推动产业进步更注重的是产品能满足客户的需求，推出产品的时机,让客户愿意化钱消费,也即主要由应用平台来推动。如目前的苹果产品，iPhoneiPad,既有产品的先进性，而更多在产品方便的使用，及饥饿销售策略。英特尔作为IDM的领头羊，而台积电作为全球代工的领头羊。实际上两者没有可比性，因为并不处于同一起跑线上。英特尔

28、仍沿着之前处理器路线图在前进,由于它的毛利率达68,2011年销售额为500亿美元,因此每年有能力拿出近50亿美元来作研发。而台积电的销售额为140亿美元，毛利率为48,每年的研发费用为10亿美元,两者的财力差距甚大。所以近期半导体业中两次根本性的创新,如2007年的高k金属栅HKMG工艺技术,与2011的3D晶体管结构都出自Intel之手。业界估计台积电与英特尔在逻辑工艺上的差距至少两年。原因也十分明显，台积电要满足多个客户的需求,而英特尔可以为产品下全力去攻克工艺难关。一个复杂的SoC要求低成本,必须与其选用的IP相适应的晶体管结构。现在从技术上开发IP需要更长的时间，然而产品的生存周期越

29、来越短，所以台积电在技术推进的策略上要晚于英特尔是合乎情理的。代工必须在充分利用好每个成熟节点技术之后，再向前推进。全球代工版图的改变全球代工版图的划分目前业界基本认可的是分成两大阵营,第一阵营为满足先进制程订单，拥有300mm生产线,及第二阵营为满足成熟产品市场。目前代工版图的改变主要集中在第一阵营中。全球代工业一直由台湾地区的双雄称霸,台积电与联电，约占全球代工的市场份额70%。其中尤以台积电最为出色。在2009年金融危机时代工教父张忠谋的再次出山，似乎给台积电打了一剂强心针,如今的态势正如日中天节节向上，稳坐首位。如果把它近三年它的业绩作比较,如下表所示;Source;根据数据汇总201

30、2.Feb.分析2011年全球代工排名，如下列一张是全球純代工排名。台积电的优势在于能提供turnkey完整的一站式服务，包括mask,第三方IP及封装等,它继续大幅的投资追赶先进制程工艺,导致毛利率与市占率上升。近期众多IDM大厂敢于拥抱代工,而把最先进制程的订单不得不都下给它。它的成功是经验的积累与人材济济，因此后进者不可能在近期内能够超过它。截止2011年底台积电的12英寸产能分别fab12为月产12万片;fab14为20万片及fab15为12万片,共计月产能12英寸达47万片，并计划在2014年再兴建fab16。然而台积电的担忧是要维持近50的毛利率及50的市场份额有一定的难度，后面有

31、众多的追赶者,如UMC,GF及Samsung,等,虽然无法超越它，但是能蚕食它的市场份额。近期有报道,IBM,Samsung及GF三家公司将组成全球最大的芯片制造联盟，并合作开发通用技术平台。三家公司对通用技术联盟都有独特的贡献，IBM和GF带来了90nm技术，三星的加入拓展了65nm和45nm技术。在即将举办的论坛上，三家公司将介绍下一代半导体创新技术，比如28nm、20nm和14nm处理器工艺，以及基于14nm的450mm超大晶圆制造技术。显见它们的目标都是为了对抗台积电在代工中的独霸天下。另一家典型代表是三星,在2010年时它的代工部分销售额才4.0亿美元,进入2011年,在苹果A4处理

32、器等的驱动下,销售额大增己达到19.5亿美元,挤下中芯国际名列全球第四。近期三星放言继续加大代工的投资，扩充在美奥斯汀厂的产能,并积极参与IBM的逻辑工艺平台,并声言在2012年代工销售额要扩大至40亿美元，试图勇夺代工老二的交椅。三星的加入，连张忠谋也言可畏，与韩国三星的处事风格有关,”什么都要争第一，而且有不达目标不罢休的气概”。虽然三星在逻辑工艺方面有优势，但是由于苹果与三星在终端产品方面是竞争关系，业界早就传言，苹果会把订单转交给台积电，仅是时间早晚的问题。另一方面代工不仅依赖于技术，更多方面在管理及经验的积累。所以三星在代工中的表现不可能如它的存储器那样出色,相信三星仍是一家依存储器

33、为主的制造商。再有是GF(globalfoundries)。它有三个方面的优势,1),口袋深,阿布扎比公司的支持;2),技术上加入IBM为首的逻辑工艺平台,能缩小与台积电之间的差距;3),在德国，纽约与新加坡都有fab。由于美国是全球最大fabless基地，从文化及地域方面与西方的代工厂沟通方便,相比台积电有优势。因此未来GF超过联电,成为全球代工第二非常可能。目前排名第二的UMC有实力，但是它的业务重点有许多，包括设计,光伏,投资等,显然它也并不企图与GF在代工中决一高低。原先排名第三的中芯国际，属于第一阵营,近期传出在北京市政府支持下将投资70亿美元，分期建设两条月产3.5万片的12英寸生

34、产线，加上北京原有的月产4.0万片产能，共计达10万片以上。充分显示中芯囯际欲再次夺围的决心。但是要看到竞争对手的投资，那家也不软，所以未来一定是场恶战。中芯囯际与北京市地方政府必须有持续投资的准备，同时也要有中芯囯际因为投资大及折旧过重，可能会较长时间内陷入不能实现盈利的局面。相信站在半导体是战略产业的大局思考中，暂时的亏损不应成为继续发展的障碍。封装技术推动摩尔定律进步2011年11月30日赛灵思(Xilinx)公司推出了目前业界容量最大的可编程逻辑器件Virtex-72000TFPGA，并开始向客户供货。Virtex-72000T拥有68亿个晶体管，200万个逻辑单元，相当于2,000万

35、门ASIC。这也是赛灵思首款采用独特的堆叠硅片互连(SSI)技术的FPGA。在降低功耗方面，赛灵思采用的是28nmHPL工艺，静态时功耗为5W，工作时的功耗仅为19W。如果没有SSI技术，至少要等到下一代工艺技术，才有可能在单个FPGA中实现如此大的晶体管容量。赛灵思打造的2.5D堆叠技术是在无源硅中介层上并排几个硅切片(有源切片)，该切片再由穿过中阶层的金属连接，与印制电路板上不同IC通过金属互连通信的方式类似。赛灵思是通过将四个不同FPGA芯片在无源硅中介层上互联，从而构建了业界目前最大容量的可编程逻辑器件，解决了无缺陷大型单芯片的制造挑战。此外，由于芯片在硅中介层上并排放置，SSI技术能

36、够避免多个芯片堆叠造成的功耗和可靠性问题。中介层在每个芯片间提供10,000多个高速互连，可支持各种应用所需要的高性能集成。据了解，SSI技术的真正优势在于，虽然2000T由4个切片组成，但它仍保持着传统FPGA的使用模式，设计人员可通过赛灵思工具流程和方法将该器件作为一款极大型FPGA进行编程。这样设计师可以方便清晰地设计所需要的产品，而且采用这种构架可节约很大一部分空间，设计师可以根据需要再增添所需要的器件。此次赛灵思推出的Virtex-72000TFPGA采用的是2.5DIC堆叠技术，而不是之前提到的3DIC技术，“赛灵思同样看好不带中介层的完全3DIC堆叠技术前景，但目前3DIC技术面

37、临着诸多的挑战，该技术在整个产业中实现标准化还要花更长的时间，3D要真正实现量产还需2年3年的时间。”采用SSI技术，让赛灵思跑在了FPGA厂商的前头，也使赛灵思让器件的发展步伐超过了摩尔定律的速度。下图为Xilinx采用四片FPGA芯片,sidebyside排列，通过TSV技术及siliconinterposer实现的SSI硅堆叠互联。在全球FPGA与封装业中起到里程碑作用。摩尔定律的进步不仅通过工艺制造来实现，同样通过先进的封装技术也能达到延伸定律的作用。下表为市场调研公司NVR于2012年作的全球封装销售额与IC销售额之比，预测至2016年时全球封装销售额可达599亿美元,与IC销售额3

38、818亿美元之比达15.7%。(IC销售额未计分立器件)source;NVR.2012.May.3D封装与TSV最新进展在3D的设备等尚未准备好之前,2.5D，利用interposes转接板是个捷径，问题是转接板的成本是多少？目前转接板的材料有两种选择，硅与玻璃。玻璃肯定便宜，但是它的线的间距和TSV的通孔直径受到限制。所以可能分成两类市场，高端用硅，如微处理器，需要高密度，1微米线与间距。而如RF等低端器件就用玻璃。Globalfoundries的ECTC主席McCann认为目前TSV尚未量产,然而己在RF射频器件中广泛应用，原因它们釆用背面接触。下一个存储器将采用TSV量产，越来越多的存储

39、器将釆用堆叠封装(SSI)。对于存储器制造商它们在生产线上就能采用TSV技术实现堆叠封装,它不需要外部标准就能完成。再下一个是大量的I/O，不管是I/O的变种，还是I/O2,未来每个应用处理器都会在它的顶部带有大量的I/ODRAM。McCann表示此种结构从2013年开始，到2014年采用20纳米的产品会得到工业应用。接下来与此关系很大的就是标准。大量的I/O标准对于多片存储器供应商或者利用多片技术的供应商都是十分关键。预计3D封装真正具有实力可能要到2017或者2018年。McCann认为,异质器件如存储器，数字，模拟，RF和电源等可以堆叠在一起是3D集成的起飞之时。McCann认为要能提供

40、设计工具来实现器件的模块放置，TSV,及球焊等最佳化设计。尽管最初的3D产品还不可能达到最佳化，但是能逐步完善。McCann表示未来3D集成中器件的测试是个大挑战。需要依靠更多的IP来邦助实现。就拿DRAM看，在DRAM制造厂由自已进行测试，涉及到众多的IP,没有人愿意外协进行测试。但是在2.5D或3D堆叠封装时由谁作DRAM测试，未来这些封装制造厂可以完成测试吗？McCann相信未来堆叠存储器将可分成两个步骤，首先是从存储器制造厂出货芯片，它可以进行测试，或者修复,直至合格的芯片。第二步需要微处理器供应商或者DRAM制造商提供相应的IP进行堆叠之后芯片的测试。目前己经看到从代工厂和存储器制造

41、厂提供的测试IP模块可以利用处理器对于存储器芯片进行测试。至少目前正在探寻阶段，未来还尚难预料，但是可以相信通过合作最终能解决一切。未来半导体业会是什么样？跟踪先进工艺制程或者是”不”,己成为顶级芯片制造商的最困难决定。预计到2014年时全球仅存下再过5年可能有一半要再出局，全球可能只剩下三足鼎立。 10家,可能是3家IDM,4家存储器及3家代工。从技术制程方面，14纳米可能是个坎。目前英特尔与台积电分别釆用不同技术路线，英特尔高调宣称继续使用193nm浸入式光刻技术，不惜增加成本，采用两次图形曝光技术，甚至三，四次。在10纳米节点时约2015年左右才准备导入EUV技术。而台积电认为它在14纳

42、米时就准备采用EUV技术。实际上由于在工艺制程技术上台积电至少相比英特尔要滞后两年，因此从EUV的时间切入点两者都在2015年，实际上反映EUV设备在2015年左右才可能基本就绪。至於450mm硅片，看来是势在必行。时间点也会推迟至2015年或之后，不过它能服务的技术节点可能仅只有两代，即10nm与7nm。不过这也无限大局，因为450mm硅片的成本效益在同样工艺技术节点下会比300mm高。英特尔资深院士MarkBohr在2011年12月的iEDM会上讲；传统的MOSFET已经服务于我们30多年，未来为了继续提高功能，降低功耗与成本，一个方向选择高迁移率沟道材料如InGaAs等,尤其是量子阱FE

43、T(QWFET)。另一方面提高”开关”速度，采用自旋晶体管，隧道晶体管，或者碳纳米管CNTs或者石墨烯材料。英特尔去年提出的3D,三栅晶体管结构是半导体业中又一次重大创新,具有深远意义。可以预计，半导体业前进的步伐不会止步，一个是产品的应用面持续扩大，芯片的出货量会持续上升,据预测未来各种电子装置的市场需求量达1000亿台。另一方面各种新的材料，包括器件结构会应运而生。相信全球半导体业的前景仍是十分诱人。附录；2000年至今在半导体业中发生的重要事例：2000年 全球半导体销售额首次跃过2000亿美元,增长率达37% 主流工艺技术达0.13微米,开始由铜引线替代铝引线 1999年由Siemen

44、sAG半导体部剥离成立InfineonTechnologiesAG 1999年NEC与日立的存储器部合并于2000年取名尔必达Elpida 台积电开建第一座12英寸晶园厂 英特尔以303亿美元居第一，全球模拟IC销售额达303亿美元，增长37，DRAM以265亿美元增长28.4及NAND闪存以113亿美元,增长1482001年 互联网泡沫破裂，硅谷是一片哀鸿遍野,半导体处于下降周期 1999年现代半导体合并LGSemiconductor,于2001年取名Hynix TI的12英寸晶园厂开始投产2002年 英特尔第一条12英寸生,产线DIC于俄勒冈州量产,采用0.09微米技术 日本SELETE成

45、立，由NEC等11家公司合资，它与三家日本掩模公司(大日本印刷,凸版印刷和HOYA及三家电子束曝光设备厂(日立高科技，日本电子和东芝机械)共同开发70nm工艺及设备，计划2004年达到实用水平2003年 日立半导体与三菱半导体合并取名瑞萨半导体Renesas 尔必达兼并三菱存储器部 Spansion飞索半导体由AMD与富士通的闪存部门合并是全球最大NOR闪存制造商 英特尔决定放弃157nm光刻机开发，而采用193nm的氟化氩激光器，浸液式技术,预计可达45nm。预计浸液式光刻机的样机于2004年推出2004年 2004Q4全球12英寸硅片占总产能的11.1,2005Q4占17.6及2006Q3

46、占26.1。表明12英寸硅片开始进入主流地位，但未能超过8英寸硅片。 Freescale成立,从Motorola的半导体部剥离出来2005年 全球半导体材料市场为140亿美元，2004年上升22.2%为130亿美元 1999年从HP剥离的Agilent依26.6亿美元将芯片制造部出售给两家私募基金公司 中芯国际以2.6亿美元股权交换天津Motorola的MOS-17 日本Toppan兼并DuPont的掩模制造部2006年 NXP成立，从Philips半导体剥离出来 奇梦达Qimonda诞生,由Infineon的存储器部剥离 AMD化54亿美元兼并全球第二大显示芯片制造商ATI 安华高Avago

47、全球最大的非上市独立半导体公司，由2005年Agilent以26.6亿美元出售给两家私募基金公司后改名 三星,IBM和特许半导体为高通生产第一片90nm的处理器芯片2007年 2007年英特尔开发高k金属栅HKMG工艺，将摩尔定律又延伸十年 三星发伟50nm的16GbNAND闪存，同时60nm的DRAM量产2008年 2008年Q4开始的全球金融危机，一直持续到2010Q2 AMD分折成fabless及代工Globalfoundries Q4全球金融危机 三菱改名Panasonic Rohm罗姆兼并日本Oki的半导体 恒忆Numonyx成立，由英特尔的闪存和STMicroelectronics

48、闪存部合并2009年 2009年德国存储器厂奇梦达破产 ATIC用39亿美元兼并新加坡特许，后将其并入Globalfoundries中 SEMI报道全球各种硅片尺寸生产线在册共有1075条，其中新建45条，一半是LED生产线,关闭16条 Panasonic兼并三详Sanyo2010年 Q2始脱离金融危机半导体业上升 据SICAS报告于2010Q1时全球12英寸硅片产能为2479.6万，折合月产能为206.6万片，再换算成8英寸相当于月产464.9万片，占全球总产能每月890万片的52.2，由此表示12英寸硅片己成主流地位。 德仪用18.3亿元兼并中国成芯半导体 美光用12.7亿美元兼并NOR大

49、厂恒忆Numoyx 英特尔用77亿美元兼并Mcfee 瑞萨半导体与NEC半导体合并叫新瑞萨半导体 测试仪大厂日本爱德迈Advantest以7.35亿美元兼并Verigy2011年 311日本大地震及泰国洪灾 2011年英特尔又开发出3D晶体管工艺 德仪用65亿美元兼并国家半导体 应用材料用49亿美元兼并离子注入机厂瓦里安Varian Qualcomm用31亿美元兼并Atheros通讯公司 Broadcom博通用37亿美元兼并NetLogic 半导体设备大厂LamResearch用33亿美元兼并Novellus Fabless厂Xilinx推出世界上最高容量的FPGAVirtex-72000T包含68亿个晶体管，200万个Logic门,采用28nm技术及2.5D封装，由TSMC代工量产2012年 英特尔用14亿美元兼并英飞凌的手机芯片部 VLSI公布2011年全球半导体设备制造商前十大排名,ASML首次居首，终结了应用材料公司自1991年起连续20年称霸地位 日本尔必达提出进入破产程序美光在竞标中获胜 折解英特尔的标记为3.3GHzCorei5-3550的IvyBridge处理器芯片，其裸晶面积尺寸为170mm2，小于目前SandyBridgei72600K处理器的208mm2。专心-专注-专业