探讨半导体产业如何更有效利用先进节点

2015-03-09 09:31:55来源: 互联网
    在今年初于法国Grenoble举行的欧洲3D TSV高峰会上,来自半导体产业的业界专家们似乎都认同这样的看法:在包括消费市场等许多领域,采用2.5D整合(透过利用中介层)仍将比采用真正的3D垂直整合更具成本竞争力。而这可能对于电子制造产业带来重大变化。

   
半导体谘询公司ATREG资深副总裁兼负责人Barnett Silver在会中发表对于封装与IC制造市场的看法。
 
    他说,“过去十年来,随着技术迈向下一个先进节点,半导体制程与晶圆厂开发的总成本急遽上升,预计在14nm节点以后只有台积电(TSMC)、三星电子 (Samsung)与英特尔(Intel)等少数几家代工厂还握有足够的资金持续这一制程竞赛。这使得OEM以及无晶圆厂的IC设计公司只能依靠少数几家 代工选择,持续地受到牵制。因此,大型OEM必须垂直地重新整合其具策略性的晶片供应链。”
 
图1:晶片整合历经周期性循环。
 
    Silvers预计在未来三年内将会出现转捩点——诸如苹果(Apple)、Google和亚马逊(Amazon)等资金充裕的OEM可望投资于越来越多的代工厂与IC 封装厂,以确保其供应链稳定,届时半导体产业将能更有效地利用先进节点,以及降低晶片产能分配的风险。从观察多家代工厂与IDM的收购/整并谈判 中,Silver目睹了这一类大型OEM的竞价过程(不过至今并未成功)。
 
    对于OEM而言,抗衡台积电等少数几家晶圆代工厂市场主导地位的方法之一,就是透过不同程度的资本参与、经营权与所有权介入,以及收购委外半导体组装与测试服务供应商(OSATS)与代工厂的股份,以及开发其他的替代生产模式。
 
    Silver 表示,这种混合的半导体制造模式可能为其带来‘产能权益’,即半导体公司或OEM可投资于一座晶圆厂,以便取得该晶圆厂(包括保证获得产能)整体成功的股 份;或者透过更进一步的合作(共同合作)模式,由多家半导体公司共同拥有与经营一座晶圆厂,并确保按比例获得整体产能,同时共同分担营运费用。
 
图2:先进封装仍将是一个明显的差异化因素,将推动产业重新整合。
 
     “在此过程中,封装技术至关重要,然而却经常被忽视了”,Silver表示,他看到OSAT和晶圆代工服务的融合态势。
 
     根据Yole Developpement的调查报告,2014年全球半导体IC晶圆中约有19%采用晶圆级封装技术(如晶圆植凸块、RDL与TSV等)制造,预计在2015年还将提高到20%。
 
     Silver表示:“在代工厂、OSAT和IDM竞相抢占510亿美元的晶片组装与测试市场之际,我预期未来将会看到更多的整并与收购。随着封装技术变得越来越先进,特别是在晶圆级,在前段制程与后段封装之间将会发生重新整合与融合。”
 
     尽 管大部分的进展都来自于矽穿孔(TSV)技术,包括解析度、深度与长宽比等,该技术仍被认为成本高昂,而仅限于高阶应用,包括伺服器记忆体或高性能运算 等。虽然2015年被认为是3D TSV起飞的一年,可望看到更多高频宽记忆体加速量产,但在今年欧洲3D TSV高峰会上的众多争议多半都围绕在这种全3D架构何时才能和2.5D中介层一样在消费应用上展现竞争力与成本优势。这种不确定性对于OSAT来说正是 一个好机会,让他们能够扩展产品组合,以及抗衡企图掌控一切的代工厂。
 
     根据半导体封装谘询公司TechSearch International总裁E. Jan Vardaman指出,虽然TSV技术已经被广泛地应用在感测器和MEMS,但产能问题以及堆叠记忆体与逻辑元件带来的热挑战仍然让3D TSV无法得到消费应用的青睐。
 
     Vardaman认为,逻辑元件和记忆体的单晶片整合最早将在2018年实现,但由于智慧型手机带来的价格压力,将使其难以在2019年以前采用3D TSV实现逻辑元件与逻辑元件的堆叠架构。
 
     “晶片堆叠正成为现实,AMD目前也在着手进行中,”AMD资深研究员Bryan Black观察今天的2.5D和3D封装解决方案表示,“但为什么现在才发生?”他声称AMD大约在十年前就已经解决了产能问题了,而且即将在其所有产品系列中使用TSV技术。
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     成本是首要原因,特别是以先进制程节点制造大型晶片时,由于产量减少,使得成本变得更高昂。“晶片整合也已经耗尽能量了,”Black认为,下一代制程节点的整体成本并不一定就会比较便宜。”
 
图3:电晶体成本的不确定性
 
     他的分析是,即使摩尔定律(Moore’s law)能够为每个新制程节点带来更多的电晶体,也不会是最适用的电晶体了,因为制程微缩将不再支援单一晶片上的不同功能,例如快速逻辑、低功耗逻辑、类比与快取等。
 
     因此,从逻辑上来看,工程师将会试着把大型单晶片分成专用的元件,最大限度地发挥新的和现有制程节点的价值,而仅透过2.5D与3D堆叠进行重新整合。在他 看来,IC整合将永远不会脱离中介层,相反地,矽中介层将会是未来的SoC关键介面,支援多种来源的3D元件,使其可依所需的步调扩展各种功能。
 
图4:矽中介层将是未来的SoC介面
 
     随着堆叠晶片的成本降低,OEM将能够善加利用晶片共享以取代软IP授权,购买市场上最好的晶片,并加以组装制作成自有的SoC。为了自行整合,大型OEM将乐意投资于OSAT或进行封装的代工厂。
 
     “在伺服器领域,还有谁比Google或Facebook更清楚他们需要的是什么?”Black指出,“这些公司并不希望被AMD或英特尔的硬体产品所束缚,但他们也不至于打造出更比半导体公司更多创新,他们只需要增加自己的创新就够了。”
 
     “因此,理想情况下,他们会希望市场上出现一款配备开放插槽的晶片,让他们能创造自已想要的产品,”Black如此评论,同时也坦言曾经与Goolge的工程师交换过意见。
 
     这种晶片级IP共享的愿景是:大型OEM可购买来自不同厂商经测试可用的晶片,以及管理自家的2.5D中介层插槽,在某些情况下甚至还可加入自家的ASIC于产品组合中,这一愿景与ATREG设想的垂直重新整合情景不谋而合。
 
     “现在正是商业模式改变的有利时机!”Black的结语似乎暗示着晶片供应商更希望专注于销售更多经IP验证可用的分离式晶片,而非无法符合OEM期待的大型多功能整合晶片。
 

关键字:探讨  半导体  产业  利用

编辑:chenyy 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2015/0309/article_10859.html
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