世界集成电路产业迎来后摩尔时代

2012-12-03 23:29:03来源: 科技日报
    集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性产业,是电子信息产业的核心与基础,是一个国家经济发展、科技发展和国防实力的重要标志。由于集成电路产品在计算机、移动通信、消费类电子、半导体照明、汽车等国民经济各个领域的广泛应用,集成电路产业已经成为信息产业的重要支柱。据统计,连续10余年来,中国大陆集成电路的进口额超过石油,2011年达到1702亿美元,进口数额居各类产品之首。
  集成电路产业在旺盛的市场需求和科学技术发展带动下,发展势头十分强劲。党中央、国务院提出了建设创新型国家,加快培育和发展战略性新兴产业的决定,强大的集成电路技术和产业将为中国在后金融危机时代的全球经济发展和竞争中争取主动提供重要的支撑和基础。
  世界集成电路产业的“后摩尔时代”来临
  集成电路产业经过50多年的发展,产业技术链不断发展变化,产业结构逐渐细化,分工越来越细致。集成电路制造环节仍然遵循着摩尔定律快速向前发展,延续摩尔定律的先导技术研究依然是全球热点。“十二五”期间,芯片制造技术将从45纳米拓展到32纳米和22纳米,而硅晶圆片的最大尺寸将达到450毫米(18英寸),进一步降低成本、节约能源,这些均对制造装备和工艺提出新的要求。自从集成电路发明以来,芯片已无可辩驳地成为电子电路集成的基本形式。从那以后,集成度增加的速度就按照摩尔定律的预测稳步前进。摩尔定律的预测在未来若干年依然有效的观点目前仍被普遍接受。
  然而,芯片制造的实践表明,制造尺寸的缩小会遇到各种技术挑战,其中有属于不可逾越的物理限制。一个同样被广泛认同的观点是,芯片的尺寸缩小碰到物理限制,则物理定律将使摩尔定律最初描述的发展趋势停止。根据摩尔定律“芯片的集成度每18个月至2年提高一倍,即加工线宽缩小一半”,人们普遍推测,在这一定律的描述下的摩尔定律时代还能延续十几年。提出该定律的摩尔本人也曾公开表示十几年以后,摩尔定律将很难继续有效,因为硅材料的加工极限一般认为是10纳米线宽,受物理原理的制约,小于10纳米后不太可能生产出性能稳定、集成度更高的产品。
  目前,全球集成电路技术的发展呈现出以下趋势:一是基于经济因素的考虑,决定放弃超小型化制造技术的芯片厂日益增多;二是超小型化制造技术的发展仍在延续,但不会持续很长时间。日本索尼公司半导体和元件研究组首席执行官兼副社长中川裕曾指出,利用超小型化技术不能生产出独具特色的半导体产品,也不能带来更多的附加值。
  当集成电路制造愈接近摩尔定律极限时,全球半导体产品将进入微利时代,这将对我国集成电路制造和封测产业产生重大影响。如何提高我国集成电路制造和封测产业生产率与成本效率,从而整体提升产业竞争力成为我国集成电路企业最为关心的话题。在后摩尔时代,我国集成电路产业的发展将进一步提高对集成电路设计和可靠性测试的要求,通过垂直整合利用产业的供应链系统,创新商业模式以获取更高的成品率、生产率和最快的上市时间,实现产业快速可持续发展。
  两大产业模式成为主流,产业整合趋势明显
  自20世纪50—60年代起,集成电路产品从小规模集成电路逐渐发展到现在的特大规模集成电路,整个集成电路产品的发展经历了传统的板上系统到片上系统的过程。在这一历史过程中,世界集成电路产业为适应技术的发展和市场的需求,其产业结构经历了三次变革。第一次变革是加工制造为主导的集成电路产业发展的初级阶段;第二次变革体现为以制造加工为主的代工型公司与专注芯片设计的集成电路设计公司分离发展;第三次变革则出现“四业分离”的集成电路产业,即形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立运营的局面。
  整合组件制造商模式(IDM模式)是指集成电路制造商自行设计,自行销售由自己的生产线加工、封装、测试后的成品芯片。如早期的英特尔、东芝、韩国三星等公司均采用这种模式。IDM模式的优点在于IDM厂商可以根据市场特点制定综合发展战略,可以更加精细地对设计、制造、封装每个环节进行质量控制。IDM不需要外包并且利润较高;IDM模式的劣势在于投资额加大、风险较高,要有优势产品做保证。IDM技术跨度较大,横跨了三大环节,企业不仅要考虑每个环节技术问题,而且要综合协调三大环节。不过,随着国际半导体产业发展的不断演变,国际IDM大厂外包代工趋势日渐形成,催化了晶圆代工广商模式。
  晶圆代工广商模式(Fabless & Foundry模式)是指集成电路设计工作与标准工艺加工线相结合的方式。即设计公司将所设计芯片最终的物理版图交给芯片加工企业,也就是委外代工厂加工制造。同样,封装测试也委托专业厂家完成,最后的成品芯片作为集成电路设计公司的产品而自行销售。
  随着集成电路产业技术日新月异的发展,以往集成电路制造商所凭借的技术优势因素逐渐消失。就目前而言,每一家集成电路企业均大致在同一时间掌握相同的工艺技术,对系统设计诀窍的掌握取代了对工艺技术的掌握,成为各个集成电路企业之间的差异所在。台湾地区的集成电路产业在晶圆代工领域处于世界的领先地位,面对新的变革和挑战,必然要选择新的整合关系和生产模式。如何通过研发、设计、制造和营销等职能的细化分解,寻求更先进的生产模式,迎合本土市场需求,实现不断更新的系统重整,成为了当今全球集成电路企业共同关注的重大课题。
  制造业服务化成为集成电路产业发展新方向
  制造业服务化趋势是社会经济发展和技术进步的必然结果。在人类生产发展的低级阶段,制造业生产活动主要依靠能源、原材料等生产要素的投入。随着社会发展以及科技进步,服务要素在生产中的地位越来越重要,生产中所需的服务资源有逐步增长的趋势。
  随着信息技术的发展和企业对“顾客满意”重要性认识的加深,世界上越来越多的制造业企业不再仅仅关注实物产品的生产,而是设计产品的整个生命周期。服务环节在制造业价值链中的作用越来越大。制造业企业正在转变为某种意义上的服务企业,产出服务化成为当今世界制造业的发展趋势之一。
  IBM长期以来一直定位为“硬件制造商”。但是进入20世纪90年代,IBM陷入了前所未有的困境,公司濒临破产。在郭士纳的率领下,IBM由制造业企业成功转型为信息技术和业务解决方案公司,其全球企业咨询服务部在160多个国家拥有专业的咨询顾问,是世界上最大的咨询服务组织。2006年,IBM的硬件收入仅占全部收入的24.61%,其余收入均来自于全球服务、软件和全球金融服务。
  当前,在同质化竞争和供大于求的全球市场环境下,集成电路产品加工制造的附加值越来越低,集成电路制造业的高端价值增值环节已经向产品研发设计和运营维护等服务生命周期转移。推进集成电路制造业服务化已经成为全球集成电路制造业的重大趋势。在经济全球化深入发展和科技创新孕育新突破的时代背景下,集成电路产业正在向全球化、精益化、协同化和服务化发展,未来将实现从“生产型”向“服务型”的转变,由“硬能力”建设向“软实力”提升的转变,从向用户提供产品和简单服务转变为提供系统解决方案和价值。生产性服务业特别是制造业的界线越来越模糊,经济活动由以产品制造为中心已经转向以服务体验为中心。
  世界集成电路产业转移延续“雁型模式”
  雁型模式理论,是指依据技术差距论,对于早期模仿国可能向后进模仿国发展贸易,形成与创新国相关对应的理论格局。1956年,日本经济学家提出产业发展的“雁型模式”用来描述后起国某一特定产业(如19世纪日本棉纺工业)产生、发展的过程。某产业的发展按照从接受转移到国内生产,再到向外出口的三个阶段,并且按照“进口—国内生产(进口替代)—出口”的模式动态演化会在国与国之间传导,工业化的后来者会效仿工业化的先行者。由于这一行业产品的成长经历了从进口—国内生产—出口三个阶段,如果把这一过程用曲线绘成图形,在一个以横轴为年代、纵轴为市场的坐标图上,这三个阶段就如三只大雁在飞翔。
  在过去的近半个世纪,世界集成电路产业经历了两次产业“拓展”:第一次在20世纪70年代末,从美国“拓展”到了日本,造就了富士通、日立、东芝、NEC等世界顶级的集成电路制造商;第二次在20世纪80年代末,韩国与我国台湾地区成为集成电路产业的主力,继美国、日本之后,韩国成为世界第三个半导体产业中心。
  全球范围内的产业“拓展”为中国扩大产业规模提供了机遇,而跨国集成电路公司向轻晶圆模式的战略调整也给中国集成电路产业带来发展机会:欧美日韩厂商会日益专注于自身的核心技术,而将非核心技术逐步转移出去。在技术东移背景下,台湾地区和中国大陆的集成电路设计公司都将因此而长期受益,特别是中国大陆的集成电路设计公司未来的进步会更大。
  目前,凭借巨大的市场需求、较低的生产成本、丰富的人力资源,以及稳定的经济发展和优越的政策扶持等众多优势条件,中国已经成为集成电路制造、消费大国,亚洲制造从某种程度上正被“中国制造”取代。未来,随着全球集成电路制造技术的发展和制造成本等条件的变化,以及中国集成电路产业技术能力的提升,集成电路传统制造业将呈现出产业再次向外“拓展”的趋势,由中国等发展中国家向后发展中国家逐步“拓展”。
  集成电路产业的发展进步不仅仅只与技术相关,还涉及到经营理念的转变、发展模式的转型和发展路径的创新,是全局性、战略性的庞大系统工程,我们有理由相信,对产业发展规律充分的认识,完善、有效的产业发展政策支撑体系和产业规划将对实现中国集成电路产业的健康发展必将起到重要的推动作用。(作者单位:科技部高技术研究发展中心)

关键字:世界集成电路  后摩尔时代

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2012/1203/article_17517.html
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