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产能工艺需求半导体产能利用率提升 DFM加速设计整合

尽管半导体行业的发展历程一直都呈现出显著的周期性,但过去一年半导体市场的跌宕起伏还是令业界“感受深刻”:2010年,半导体产业从2009年的惨淡局面中迅猛反弹,2010年上半年增长强劲,下半年又突然放缓脚步。市场的波动使得各大分析机构也不断调整预期。

又值岁末年初,市场分析机构普遍预测,2011年半导体产业不会再现2010年预期中的强劲表现,但将继续缓和增长。展望新的一年,半导体产业的当事者们又有哪些见解与关注点?为此,本刊特邀不同领域的业界专家共同探讨中国半导体市场走势以及产业链合作趋向。

关注之一:产能扩充,缓解供需压力

博通集成电路(上海)有限公司总裁兼CEO张鹏飞

“2010年的产能紧张因其发生的突如其来和出人意料,表现出其特殊性。”博通集成电路(上海)有限公司总裁兼CEO张鹏飞深有感触,由于2010年产能紧张引发了各代工厂扩大产能,加之整个产业链各个环节已经基本建立了健康的库存,从而需求变得相对温和,产能紧张的情况已得到了很大程度上的缓解,“因而2011年产能应该不会太紧张。特别是欧美经济形势仍存在很大不确定性,从金融危机中恢复尚需时日,2011年的产能需求应该能够基本得到保证。”张鹏飞分析道。

矽恩微电子(厦门)有限公司总裁关山

矽恩微电子(厦门)有限公司总裁关山分析,2010年全球半导体行业的景气的重要推手是源自金融危机后的整体产能缩减;而自2010年初开始行业的整体产能就处于扩张的势态。他认为,2011年电子行业将进入平缓增长的阶段,在需求增长平缓的大背景下,产能的扩张将使得行业曾出现过供需紧张关系得以大幅缓解。

圣邦微电子有限公司总裁张世龙

“2010年全球半导体行业升温,使得产能普遍吃紧,这应该只是半导体行业一种周期性的变化。”圣邦微电子有限公司总裁张世龙指出,产能满载的喜悦会使很多晶圆厂、封装厂进一步扩大产能,而这又会使几年后产能过剩。芯联半导体有限公司总经理杨成也预计,2011年,随着产能的明显增加,而市场对IC需求较2010年小幅增长,产能应该可以满足需求,甚至是可能会出现剩余。

杭州国芯科技股份有限公司总经理柳荆生

杭州国芯科技股份有限公司总经理柳荆生则认为,2011年仍将持续产能紧张,但比2010年会有改善。“产业链重组和市场不确定性可能是导致产能吃紧的主要原因,这种现象将在二三年内会继续存在,但应该是阶段性的调整。”他强调,IC设计企业自身必须加强市场的分析能力和市场推广的控制能力,在有限产能的情况下充分发挥其优势赢得更多的上下游支持。

根据ICInsights提供的最新全球半导体产能报告预测,中国半导体行业产能将由2010年7月的月产能104万片(8英寸计)增加到2011年7月的121万片,年均增长率达16.3%。对于产能的变化,晶圆代工厂商又如何看待?

华虹NEC负责销售与市场的副总裁高峰

在华虹NEC负责销售与市场的副总裁高峰看来,2010年全球半导体行业整体复苏,IDM委外代工量增加,晶圆代工厂产能不足的问题确实十分严重。

但随着晶圆大厂纷纷加速扩产,预计产能利用率将稳定在90%左右,并将持续到2011年。但他也同时指出,尽管各代工厂2010年都加大产能扩充力度,但是成熟的模拟与混合芯片工艺、新兴的电源管理等工艺扩充仍然有限,反而随着TI正式收购中芯国际成都厂、国内模拟芯片厂商迅猛发展等原因,预计2011年,模拟与电源管理类芯片所需工艺产能依然吃紧。

“2010上半年中国芯片制造业销售收入同比增长51%,封装测试业同比增幅高达61.4%,而IC设计业的同比增长率仅为9.8%。这就表明,国内芯片制造和封装测试业的高增长得益于全球市场的强劲反弹,与国际订单大增密不可分,而中国IC设计业相对来说还主要依赖国内市场。”高峰进一步解释说,本土IC设计公司往往规模很小,在与国际大厂争夺代工厂产能的过程显然没有优势。每当产能吃紧时,代工厂就会拒绝这些小设计公司的订单,这也是设计业上半年增长落后于整个集成电路产业增长主要原因。

为此,华虹NEC承诺在2011年,除了继续扩大现有工艺产能,同时加大0.18/0.13BCD、0.13μmSiGeBiCMOS以及新一代PowerMOSFET等工艺平台的投资力度外,还将打造更具特色、高附加值的制造工艺平台,更好地服务于国内设计企业。另悉,中芯国际(SMIC)的北京300mm厂扩产计划即将实施,将主要用来专攻65纳米工艺的生产。

GLOBALFOUNDRIES亚太区与日本销售副总裁郑伯铭

GLOBALFOUNDRIES亚太区与日本销售副总裁郑伯铭也表示,该公司将继续全球扩展计划,以支持近期和长期客户需求的增加。这其中包括扩建位于德国德累斯顿德的Fab1、纽约的Fab8以及新加坡的Fab7工厂。此外,为了迎合更多需求,新加坡的200mm工厂也计划扩充产能。

关注之二:DFM重要性凸显,产业链合作亟待深入

进入深亚微米工艺节点,集成电路设计的成本大幅增加,一次性流片成功已成为芯片设计者的基本要求和重要目标。与此同时,IC设计技术和工艺技术间的信息交换变得非常关键,传统的设计方法已不能满足设计需求,可制造性设计(DFM)技术已经成为先进工艺节点下IC设计的必备工具。为保证芯片良率,包括IC设计公司、代工厂、IP/EDA工具供应商在内的产业链各环节需要密切合作,共同应对DFM问题,缩短研发周期并降低成本。

在这种趋势下,“设计公司更应该走整合设计的产品开发之路,更专注于产品规格制定与核心逻辑、关键算法的开发,其余部分则以整合第三方IP实现。”高峰指出,“在45/40nm工艺节点下,动态和静态漏电流迅速攀升,很多之前的IP也不能再使用,IC设计企业面临来自设计方法学与可制造性两个方面的挑战。”他解释说,“因此,一个综合工艺技术、器件模型、制造技术与设计思想与设计工具全面升级的设计方法学是需要IC设计业连同代工厂、IP/EDA厂商共同解决的。”

通过DFM设计流程的整合和自动化,代工厂让IC设计公司更加了解工艺特性及设计优化,但是并不会大幅度增加设计的额外成本。“这就需要IC设计公司和代工厂在DFM培训、直接设计支持和制定设计流程方面的真正合作。

”郑伯铭强调,“互信和信息透明是必要的,但更需要有一套规则来管理这些合作案。”

“代工厂在提高工艺水平的同时,应更加关注设计工具和设计服务的水平及质量,从而保证设计公司能够更好地利用代工厂提供的工艺特点,规避设计风险。”张鹏飞表示,希望代工厂能够在客户策略上对国内IC设计公司有所倾斜,在新产品开发上加强支持,在大量占用产能并产生利润的成熟产品和面向未来的新产品研发之间取得平衡。张世龙希望代工伙伴能够继续实现可持续的发展,不断提高工艺水平,缩短交货周期,提高效率,降低成本,为客户提供稳定的供货。

“未来代工厂不只是给每个IC设计公司提供标准的设计规则,应该根据IC设计公司的某个产品的应用要求、可靠性要求来定制设计规则,”杨成认为,“这样也可以同时让设计公司和代工厂变得更加有竞争力。”他补充道,“2011年,芯联将在优化标准工艺,减少光刻次数方面与代工厂加深合作。我们对代工厂的期许是交货更快,希望代工伙伴在我们定制工艺开发上提供更快、更有效的服务与协作。”

“当代工厂着力配合IC设计公司进行工艺上的整合时,将会给市场带来更丰富的产品。”关山也表示,“矽恩在下一年度将就工艺开发与代工厂深度合作。希望代工伙伴的工艺平台更丰富,选择范围更广泛,与IC设计公司的互动更加密切。”

在40nm及其以下的DFM流程显得愈加重要,设计工具与代工厂方案之间需要更多的互操作性。为此,EDA厂商也在DFM领域积极投入并加强与代工厂的合作。例如,通过收购DFM和制造解决方案提供商Valor公司,MentorGraphics将自身业务延伸到PCB系统制造解决方案市场。此外,MentorGraphics的DFM已经获得TSMC40nm工艺验证,同时也是中芯国际(SMIC)的DFM合作伙伴。

此外,SMIC已将Cadence的硅实现(SiliconRealization)产品作为其65纳米参考流程4.1版本DFM以及低功耗技术的核心,两家公司将合作为65纳米SoC设计提供完整的端到端硅实现流程。

另悉,SMIC在北京12英寸厂展开低漏电65纳米工艺量产,并准备进军55纳米工艺,预计在2011年第三季试产;该公司也正开发45/40纳米低漏电工艺,以及45/40纳米通用工艺技术,分别预计在2011年第四季与2012年第二季进入试产。

除了提升工艺水平之外,代工厂还将在IP方面继续加大投资力度。“华虹NEC的每一种工艺都有相应的设计平台支持,”高峰介绍,并且针对细分产品领域提供包括从标准单元库、8/32位CPU核、嵌入式非挥发性存储器(Flash/EEPROM)IP以及周边模拟IP等到FPGA验证平台在内的完整平台解决方案。

而在先进工艺开发的早期,SMIC已经逐步在65nm开发储备了超过100个IP,包括来自国际领先的IP设计公司的标准单元库,USB2.0,HDMI,DDR2/DDR3,和自行开发的PLL,ADC,IO等,这些IP的验证本身就考虑了可制造性设计(DFM)等新工艺特有的一些技术指标。”

关注之三:IP使用率上升,应用向高端市场渗透

鉴于IC设计成本逐步攀升、设计复杂度不断增加,以及新产品导入时间缩短等因素,未来几年第三方IP的使用率将强劲增长,“到2014年,在芯片设计案中所使用的第三方IP功能模块平均数量将加倍成长。

”Gartner预测,消费性电子领域需求将出现快速成长,但最大的成长将来自汽车与工业控制市场的需求;这些需求都将推动IP的使用。

针对中国市场的情况,高峰认为从国内IC设计公司的产品来看,IP应用将主要集中在数字音视频、移动和无线通信、汽车电子、信息家电、信息安全和3C融合;而IP交易则主要集中在开发难度较大和应用复杂的高端CPU和DSP核、标准的高速总线接口IP(USB接口、PCIExpress)、以及高端模拟IP(PLL、ADC)等三方面,预计需求将占到总需求的一半以上。

“中国本土IC客户需要更多IP以因应新的标准,例如:USB3.0、HDMI1.4、LPDDR2、DDR2/3、1.3Gb/s等等。”郑伯铭还认为,对设计单元库也需要特别的支持,以配合市场低功耗高效能的需求。他同时表示,移动通信、便携式消费类应用(如平板电脑、Andriod产品)和多媒体游戏系统将成为明年应用领域的热点。

SMIC方面则将近两年IP市场的趋势归结为以下几方面:一是跟随65nm/40nm等先进工艺,大量的IP将逐步上市;二是应用方面随着个人消费电子终端和家庭影音终端设备的普及和升级,包括3G及智能手机,平板电脑,高清液晶电视,机顶盒等,这类产品需求量大,产品更新变化快,功能和应用丰富;跟随这些应用,对IP的高性能,低功耗要求也达到了极致;这些需求也带动了一些新型IP的出现,例如MIPI,USB3.0等。三是芯片的应用也在快速向汽车电子,医疗电子和新兴的物联网应用渗透。

对于上述应用热点,受访的IC设计公司普遍表示认同。未来几年,移动互联网终端应用仍是众多本土IC公司的产品研发方向。其中,由数据中心通过互联网向用户提供的计算、存储和服务的云计算,基于无线连接的低成本高性能低功耗的用户终端,和下一代移动通信技术的发展,都将得到重点关注。“基于有源RFID的国标ETC(高速公路不停车收费)从芯片到系统,从方案到实施,都会得到大力推动和快速发展。”张鹏飞表示,博通集成电路所设计完成的国标ETC芯片将在方案的完成和实施上,提供质量和效率的保证。

2011年,致力于模拟IC的圣邦微电子最关注的市场依然是通信和消费类,“同时也会关注工控、医疗和汽车电子市场。”张世龙表示。而专注于数字电视芯片开发的杭州国芯则会继续在该领域深耕,柳荆生对该市场前景充满信心:“数字电视领域的市场空间还很大,足以支撑国芯的快速发展。”

看好IC应用在第四屏应用(平板电脑),LED照明,太阳能发电,电动车,物联网传感技术等领域的发展,关山表示,矽恩微电子将在上述领域着力发展差异化的产品系列。芯联半导体则将2011年的研发重点放在与新能源相关的产品方面。此外,杨成还认为,汽车电子,3G相关以及传统的计算机市场,尤其是笔记本电脑及相关衍生产品也值得关注。

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