从半导体最高级别会议看垄断化和移动化两大潮流

2013-02-05 16:48:12来源: 技术在线
    从旧金山国际机场搭乘高速铁路“BART(Bay Area Rapid Transit)”,约30分钟车程便可到达鲍威尔街车站(Powell Street Station)。这是距离象徵着旧金山繁华地区的“联合广场(Union Square)”最近的车站。

旧金山市貌与当地特产螃蟹

       一到12月份,这个车站就会挤满从世界各地聚集而来的半导体技术人员,这种情况每两年就会出现一次。因为全球最大的半导体元件技术国际会议“IEDM(InternationalElectron Devices Meeting)”就在该站附近的“旧金山联合广场希尔顿酒店”(HiltonSan Francisco Union Square)举行(图1)。IEDM和每年2月份在该酒店举行的“ISSCC(InternationalSolid-State Circuits Conference)”一样,同为全球最高级别的半导体技术学会。按照30%左右的采用率从众多论文中精选出来的研究成果汇聚于此。支撑半导体产业的多种技术都是在该学会上首次公开的。

图1 IEDM 2012的会场“旧金山联合广场希尔顿酒店”(a)。距离该酒店徒步约3分钟路程的“联合广场”此时竖立着大型圣诞树(b)。会议首日举行了主题演讲(c)。在主题演讲之前的颁奖仪式上,诺贝尔物理学奖获得者江崎玲于奈作为EDS(IEEE Electron Devices Society)的主要成员登台发言(d)。

       IEDM每隔1年在美国西海岸和东海岸交替举行。西海岸的举办地是旧金山,东海岸为华盛顿哥伦比亚特区。在旧金山举行时,1500多名半导体技术人员汇聚一堂,展开热烈的讨论。本届会议也吸引了1600人左右。

背景是轻工厂化

        IEDM被誉为“反映半导体产业现状的镜子”。主题演讲及午宴邀请哪些演讲者作为业界的代表者,以及专题讨论会选择什么的主题等,都会反映出半导体业界的势力格局及技术竞争热点。2012年12月10~12日举行的本届IEDM同样进行了充分反映出半导体业界两大趋势的演讲和讨论。

       趋势之一是尖端半导体制造趋于垄断化。从相当于各种电子产品心脏部位的SoC(system on a chip)来看,以2012年正式量产的32/28nm工艺为分界线,从事制造业务的半导体厂商骤减。出现了台湾台积电(TSMC)等代工企业一手承担尖端SoC制造的局面。

       另一趋势是用途逐步向移动产品和云服务转变。迎来2010年代之后,智能手机和平板电脑取代个人电脑起到了拉动半导体市场增长的作用。支撑云环境的基站及数据中心方面的半导体需求也快速扩大。

只有“4家公司”能够在制造领域生存

       在本届IEDM上,大型代工企业美国GLOBALFOUNDRIES公司首席执行官Ajit Manocha向与会者介绍了这些潮流对业界带来的影响。作为会议第二天举办的午宴的特邀演讲者,Manocha以“FOUNDRY 2.0,Are you ready for mobile era?”为题发表了讲演(图2)。

图2 “垄断化”与“移动化”潮流汹涌
在会议第二天的午宴(Luncheon)上,GLOBALFOUNDRIES首席执行官Ajit Manocha发表演讲(a、b)。 Manocha指出,估计能够制造尖端SoC的企业今后只有4家左右,而且拉动半导体市场增长的火车头变成了移动产品(c)。(图(c)为GLOBALFOUNDRIES的资料)

       Manocha首先指出,因移动产品拉动半导体市场增长,尖端半导体的需求迅速扩大。估计采用尖端工艺技术的45~20nm工艺SoC的代工市场在2011~2016年将以年均37%的速度扩大。这要求代工企业具备多大产能呢?Manocha引用调查公司的数据,给出了令人吃惊的数字。仅从用于移动产品的32~20nm工艺应用处理器来看,每年就会产生60万枚(按300mm晶圆换算)的新需求。光是为了满足应用处理器的需求,代工企业的半导体月产能就要增加5万枚。

       而且,估计能够制造20nm工艺以上尖端SoC的半导体厂商“只有4家”(Manocha)。除了GLOBALFOUNDRIES和台积电之外,还有美国英特尔和韩国三星电子。Manocha认为,因为技术壁垒高、投资负担大,4家企业之外的公司将会退出尖端SoC制造业务。因此,无论是技术开发还是扩大生产规模,“我们面临的压力都会越来越大,(SoC制造)竞争将更加激烈”(Manocha)。

       如此激烈的竞争正迫使各公司制定出积极的微细化计划。Manocha在演讲中表示,继2013年即将量产的20nm工艺之后,1年后的2014年将会微细化至14nm工艺,再1年后的2015年将微细化至10nm工艺。还称2017年将会实现7nm工艺的量产。关于是否为应对半导体需求的扩大而推进450mm晶圆的大口径化,Manocha称“这对遵循摩尔法则至关重要”。并明确表示不会落后于已经表现出大口径化愿望的英特尔、三星和台积电。

很久之后量产技术发布才会增加

        尖端半导体制造的垄断化带来的影响在近几年的IEDM上得到了如实反映。以前,很多SoC厂商都竞相发布用于新一代半导体的CMOS技术,这样的情形却在本届IEDM上完全消失。

       在与SoC用晶体管技术关系较大的九场分会中,SoC厂商针对设想近期量产的CMOS技术进行发布的分会只有两场。其他大多是大学及研究机构发布的打算5年之后实用化的技术(表1)。一名半导体研究者表示,“在过去的IEDM上,以2~3年之后实现量产为目标的技术发布居多。而最近论文却出现了两极分化,集中在非常接近实用化的技术和要很久才能实用化的技术上”。


       半导体用途向移动产品和云服务转变也会带来很大影响。会议第二天晚上的专题讨论会的议题是“终极晶体管技术”和“新一代非易失性存储器技术”。前者支撑移动产品等使用的SoC的未来,后者支撑移动产品及数据中心使用的存储设备的未来。

FDSOI及新型MRAM备受关注

        在各项技术发布中备受关注的也是瞄准移动产品及数据中心用途的晶体管技术及存储器技术(图3)。

图3 新一代晶体管和存储器备受关注
SoC用晶体管技术方面,FinFET及其竞争技术FDSOI晶体管的相关演讲受到高度关注(a、b)。存储器方面,除了以代替SRAM及DRAM为目标的STT-MRAM之外,有关NAND闪存三维化的成果也吸引了很多听众(c、d)。(该图均为各公司的资料)

       晶体管技术方面,英特尔发布的采用22nm工艺立体晶体管(FinFET)的移动产品用SoC技术吸引了很多听众。在个人电脑用微处理器领域长期掌握霸权的该公司,也因为在智能手机及平板电脑用处理器领域遇到美国高通等对手而陷入困难境地。英特尔在此次发布技术时强调,已实现了将SRAM的待机漏电流降至32nm工艺的1/5的“低功耗化”。

       能否不使用会导致成本增加的立体晶体管,而采用现行平面晶体管继续推进SoC的微细化?意法半导体(ST)宣布,为这一问题给出答案的技术已实现量产化,这同样成了本届IEDM上晶体管技术方面的热门话题。这是一项用于移动产品用SoC的完全耗尽型SOI(fully depletedsilicon on insulator:FDSOI)技术。据该公司介绍,可采用与现行Bulk CMOS类似的工艺技术及设计技术制造,而且能够获得FinFET同等程度以上的晶体管性能。

       该技术已确定被ST的子公司瑞士ST-Ericsson的SoC“Novathor”的新一代平台采用。在会议首日晚上SOI Industry Consortium主办的技术研讨会上,ST公开了28nm工艺Novathor试制芯片的特性。该公司还同时预测称,通过采用FDSOI技术,可将平面晶体管的寿命延长至10nm工艺。

       存储器方面,有两大焦点吸引了与会者。一个是与STT-MRAM(spin transfer torque MRAM)新型存储器相关的发布增加。该存储器具有非易失性、高速及擦写次数没有限制等出色特性,作为SRAM及DRAM的替代存储器而备受期待。东芝还公开了通过以STT-MRAM代替SoC混载的SRAM,将缓存功耗削减至1/3的推算结果,受到了与会者的广泛关注。

       关于目前的存储器市场的主角——NAND闪存,在微细化逼近极限的背景下,能够解决这一问题的三维技术成了人们关注的焦点。韩国SK Hynix显示出了在该技术领域的影响力。该公司公开了采用一次形成40层存储器单元的方法实现大容量化的技术。计划最早于2013年下半年开始提供采用该技术的128Gbit左右的样品。三维NAND闪存即将迎来实用阶段。

日本军团的影响力如何
       IEDM开幕前一天晚上,日本传来了一个重大消息。陷入经营危机的瑞萨电子正式宣布接受日本产业革新机构及8家业务公司的联合出资。瑞萨目前的态度是停止28nm工艺以后的微细化投资,全力通过出售半导体工厂来削减成本,这与IEDM上讨论将来的晶体管技术及存储器技术的“主要参与者”形成了鲜明的对比。

       即便如此,对于从事半导体行业的日本技术人员而言,仍然可以在IEDM上看到一些希望。

       其中之一是在图像传感器、功率半导体、磁性元件等过去日本企业拥有优势的领域,日本仍未失去影响力(表1)。在采用SiC及GaN等新材料的新一代功率半导体分会(Session 7)上,日本企业及研究机构发表的论文占了6篇中的4篇。

       另一个是跳槽至海外企业的日本技术人员表现活跃。美国美光科技就NAND闪存技术发表特邀演讲时,以及三星就SoC技术发表演讲时,均是由过去曾在日本半导体厂商工作过的日本技术人员代表各公司登台发言的。在SK Hynix主导NAND闪存开发的技术人员,也是离开日本半导体企业之后,曾在多家海外存储器企业中负责技术指导的日本人。在日本无处可去的半导体技术人员,并没有失去用武之地。(记者:大下 淳一,《日经电子》)

关键字:半导体  垄断化  移动化

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2013/0205/article_8683.html
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