數(shù)據(jù)時(shí)代，半導(dǎo)體行業(yè)需要新的架構(gòu)

眾所周知，在過去的五到十年當(dāng)中，科技界發(fā)生了非常巨大的變化，不斷出現(xiàn)的新科技不僅使我們的生活更加簡(jiǎn)單便捷，智能設(shè)備的頻繁使用也使得我們的智商不斷提高。“這種智商的提高不同于以往的教育所帶來的提高，不是貴族化的提高，而是平民化的、普遍的智商提高。”

另一方面，諸如微信之類的社交軟件的出現(xiàn)，使得世界上任何兩個(gè)人之間的距離比以往任何時(shí)候都要短。曾經(jīng)有人說過，世界上任何兩個(gè)人都可以通過社交網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，這一距離在五年前是5.3個(gè)人，而隨著社交網(wǎng)絡(luò)的普及，距離已經(jīng)縮短到了3.5個(gè)人。

對(duì)于普通人來說，這意味著，人與人的實(shí)際交流更加的緊密了，距離也縮短了，溝通更加便捷了。對(duì)于設(shè)備廠商來說，這種科技的變化意味著什么呢?半導(dǎo)體行業(yè)又如何在這樣的科技變化中完成轉(zhuǎn)型呢?在MWC2017上，格芯首席執(zhí)行官Sanjay Jha發(fā)表了自己的觀點(diǎn)。

數(shù)據(jù)大爆炸，新的架構(gòu)成為必然

在Sanjay Jha看來，這種變化主要產(chǎn)生的作用有兩個(gè)方面。

首先，就是各式各樣的檢測(cè)設(shè)備的增多。比如說攝像機(jī)，擁有很多中不同的社會(huì)形態(tài)。在物聯(lián)網(wǎng)浪潮的影響下，為了實(shí)現(xiàn)更多的功能與數(shù)據(jù)收集，這些檢測(cè)設(shè)備都必須連接到網(wǎng)絡(luò)之中。現(xiàn)在我們能夠在市場(chǎng)上見到很多可以檢測(cè)溫度、燈光亮度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，都需要連接到網(wǎng)絡(luò)，沒有了后端的數(shù)據(jù)支撐，前端的功能都沒有太大的意義。

另一個(gè)顯著的變化就是，無線網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的消耗與數(shù)量越來越大。“在幾年前我們與客戶談?wù)摕o線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時(shí)候，我們對(duì)于數(shù)據(jù)的概念主要停留在圖片、音頻等應(yīng)用方面。但是隨著iPhone的出現(xiàn)以及智能手機(jī)變革的到來，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的使用量正在呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。無論是幾年前3G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還是到現(xiàn)在使用的4G，亦或是即將出現(xiàn)的5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。數(shù)據(jù)的傳輸速度越來越快，對(duì)于設(shè)備的要求也越來越高。”Sanjay Jha表示。

這種呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的爆炸式數(shù)據(jù)所帶來的第一個(gè)影響就是數(shù)據(jù)中心，計(jì)算的速度越來越快，數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)和交換的數(shù)據(jù)越來越快。

在最初的手機(jī)應(yīng)用當(dāng)中，人與人之間的連接往往是一對(duì)一的，也就是說主要是通過電話短信來進(jìn)行。但是在智能手機(jī)的價(jià)值和三系吾系有網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不急的情況下。數(shù)據(jù)的應(yīng)用分?jǐn)?shù)了，正在變得多樣化。

我們注意到數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不再僅僅局限在圖片和音頻方面，也涉及到了視頻等多種應(yīng)用當(dāng)中。

以智能汽車為例，假如在不遠(yuǎn)的將來汽車足夠智能化，基于對(duì)車況和駕駛行為做實(shí)時(shí)分析，系統(tǒng)就可以主動(dòng)干預(yù)這種危險(xiǎn)行駛，完全可以杜絕此類事故。而這一切都是基于汽車的總線技術(shù)背后的汽車數(shù)據(jù)所實(shí)現(xiàn)。汽車數(shù)據(jù)是整個(gè)汽車后市場(chǎng)生態(tài)圈的基礎(chǔ)需求，完整的車輛數(shù)據(jù)采集、解析和分析技術(shù)，是未來智能汽車的基礎(chǔ)。

但是智能汽車在行駛的過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)數(shù)量是完全不同于以往的傳統(tǒng)應(yīng)用的，那么如何解決數(shù)據(jù)處理的問題呢?在Sanjay Jha看來，這個(gè)時(shí)候就需要人工智能技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

“實(shí)際上，人工智能技術(shù)在不同的應(yīng)用中有著不同的形態(tài)。人工智能可以是專門用來做圖形處理的芯片，這類芯片并行計(jì)算做的很好，適合神經(jīng)分析。人工智能也可以是專業(yè)芯片，這類芯片比較適合于深度學(xué)習(xí)。到底是哪一種形態(tài)，這主要取決于實(shí)際的應(yīng)用。”

但是我們也應(yīng)當(dāng)注意到，無論是神經(jīng)分析也好，深度學(xué)習(xí)也罷，都要求采用不同于傳統(tǒng)應(yīng)用的不同架構(gòu)，這已經(jīng)成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。

摩爾定律已破?只是經(jīng)濟(jì)法則

萬物總有結(jié)束之時(shí)，尤其PC芯片工業(yè)最近幾年的不平衡競(jìng)爭(zhēng)下，摩爾定律失效的聲音不絕于耳。這是科技發(fā)展帶來的另一個(gè)變化。

“本質(zhì)上，摩爾定律是一門經(jīng)濟(jì)學(xué)的現(xiàn)象，物理學(xué)尤其是半導(dǎo)體工業(yè)是摩爾定律的基礎(chǔ)，引領(lǐng)了經(jīng)濟(jì)學(xué)的競(jìng)爭(zhēng)。”Sanjay Jha表示。

摩爾定律的存在，讓20世紀(jì)到21世紀(jì)的科技發(fā)展得到了極大的提速，更表現(xiàn)在我們的生活之中。電子商務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、辦公自動(dòng)化、智能家庭……今天你身邊一切的理所當(dāng)然，在過去是無法理解想象的。

然而，在摩爾定律放緩、半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步速度下降的背景下，要提供更多計(jì)算能力具有很大挑戰(zhàn)性。

縱觀半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的歷史：過去的每個(gè)十年，都由推陳出新的半導(dǎo)體技術(shù)所驅(qū)動(dòng)。70年代是MOS管存儲(chǔ)器，成就了TI、Fairchild、IR;80年代是微處理器，成就了NEC、摩托羅拉;90年代是CPU和存儲(chǔ)器，Intel、東芝扶搖直上;2000年以后無線互聯(lián)和Fabless興起，高通開始崛起。技術(shù)的進(jìn)步造成產(chǎn)品更新，從本質(zhì)上推動(dòng)了行業(yè)的變革。

然而，時(shí)至今日，摩爾定律正在逐漸放緩，半導(dǎo)體的技術(shù)發(fā)展也似乎走到了一個(gè)十字路口。我們已經(jīng)達(dá)到了晶體管的小型化接近物理極限的水平。

新的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)在未來十年仍將帶來顯著的小型化和低功耗化，但是成本在不斷提高，而且速度方面的歷史性改善也未能實(shí)現(xiàn)。

如何解決這一問題，適應(yīng)科技帶來的變化呢?Sanjay Jha認(rèn)為，這就要求我們必須能夠轉(zhuǎn)換思路，尋找另一種解決辦法，畢竟“勢(shì)”在人為!

FD-SOI，“勢(shì)”在人為的另一種思路

那么另一種思路在哪里呢?

2017年2月，格羅方德與中國(guó)四川省成都市政府合組格芯成都，共同投資興建12寸廠，總投資金額將達(dá)90.53億美元。

5月，格芯又再一次宣布將與成都市合作，共同推動(dòng)實(shí)施FD-SOI生態(tài)圈行動(dòng)計(jì)劃，在成都建立一個(gè)世界級(jí)的FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)。

據(jù)悉，格芯成都新廠將布建全球首條22納米FD-SOI制程生產(chǎn)線，產(chǎn)品將能廣泛運(yùn)用于移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等領(lǐng)域。

一期將建設(shè)主流CMOS工藝12英寸晶圓生產(chǎn)線，主要工藝為0.18um/0.13um，相關(guān)工藝技術(shù)主要從新加坡廠轉(zhuǎn)來，設(shè)備也將有一部分來自新加坡，預(yù)計(jì)于2018年年底投產(chǎn)，月產(chǎn)能2萬片。二期將建設(shè)目前格芯最新的22FDX 22nm FD-SOI 工藝12英寸晶圓生產(chǎn)線，相關(guān)工藝將于2018年下半年從德國(guó)德累斯頓工廠Fab1進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移，設(shè)備全新采購(gòu)，預(yù)計(jì)2019年第四季度投產(chǎn)，月產(chǎn)能6.5萬片。格芯將與成都一起建立生態(tài)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)為成都引入較為完善的IPEDA設(shè)計(jì)服務(wù)，以更好地支持22FDX系統(tǒng)。

除了主流的 FinFET 技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)浪潮下，F(xiàn)D-SOI(全耗盡型絕緣層上硅)技術(shù)也日漸受到重視。與FinFET相比，F(xiàn)D-SOI基板雖然較貴，但在掩模數(shù)量與制造工序比FinFET來得少，減少部分光罩成本也縮減了制造時(shí)間，在技術(shù)上比FinFET更適合類比/混合訊號(hào)、RF，F(xiàn)D-SOI還具備了低功耗的優(yōu)勢(shì)，因此，Sanjay Jha認(rèn)為FD-SOI將是物聯(lián)網(wǎng)較佳選擇，或能與FinFET互補(bǔ)。

在Sanjay Jha看來，甚至在智能手機(jī)市場(chǎng)，F(xiàn)D-SOI也有著不錯(cuò)的作為。

一個(gè)比較好的例子就是，近期聯(lián)發(fā)科傳出在上攻10納米FinFET制程技術(shù)失利之后，內(nèi)部開始評(píng)估采用在大陸市場(chǎng)極為火熱的FD-SOI制程，聯(lián)發(fā)科為甩開在中、低階手機(jī)芯片市場(chǎng)與展訊激烈纏斗，考慮投單格芯最新一代22納米FD-SOI制程。

供應(yīng)鏈業(yè)者指出，聯(lián)發(fā)科內(nèi)部評(píng)估在格芯開一顆22納米FD-SOI制程芯片，主打中、低階手機(jī)芯片市場(chǎng)，這將是28納米平面式電晶體(Planar CMOS)和16/14納米FinFET兩大技術(shù)以外的另一個(gè)新戰(zhàn)場(chǎng)，并避開Planar CMOS功耗高、FinFET成本高的缺點(diǎn)，利用FD-SOI制程的低功耗、低漏電、低成本優(yōu)勢(shì)，開創(chuàng)中、低階手機(jī)芯片領(lǐng)域新局。

本土化，深挖中國(guó)市場(chǎng)潛力

作為行業(yè)3大晶圓代工廠商之一，格羅方德這幾年一直在大力推廣FD-SOI技術(shù)。

按照IC Insights的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2016年格芯仍以11%的市場(chǎng)占有率牢牢占據(jù)全球第二的位置，營(yíng)收為55.45億美元。相比來說，全球代工龍頭臺(tái)積電營(yíng)收為294.88億美元，市場(chǎng)占有率59%;第三名的臺(tái)灣聯(lián)華電子營(yíng)收為45.82億美元，市場(chǎng)占有率9%。

之所以這次在中國(guó)的12寸晶圓廠沒有選擇40nm/55nm工藝，是因?yàn)楦裥疽呀?jīng)看到一些40nm的需求向22nmFDX上轉(zhuǎn)移。而格芯的新加坡廠已有40nm/55nm的生產(chǎn)，因此根據(jù)需求預(yù)測(cè)，在成熟工藝上格芯選擇了0.18um/0.13um。

除此之外，如何在中國(guó)做好本土化，深挖中國(guó)市場(chǎng)潛力也是格芯不得不思考的問題。在Sanjay Jha看來，在中國(guó)建設(shè)工廠，甚至是與成都市合作建設(shè)生態(tài)圈都是做好本土化必不可少的一步。

“怎樣把全球的趨勢(shì)根植在中國(guó)本土的土壤中呢?這是我們一直在思考的問題。”Sanjay Jha如是說。“近年來，我們注意到，中國(guó)市場(chǎng)有著不斷涌現(xiàn)的海量創(chuàng)新和中國(guó)制造。在中國(guó)，我們看到了中國(guó)創(chuàng)新，見證了中國(guó)在人工智能方面的大量投資，也參與了很多投資。但是我們希望更深入的參與到其中。”

與成都市政府建立良好的合作伙伴關(guān)系，打造FD-SOI生態(tài)圈系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)是一方面，另一方面，格芯還希望能夠吸引更多的投資，吸引全天下的有志之士參與到生態(tài)圈的建設(shè)當(dāng)中，共同打造創(chuàng)新性的產(chǎn)品。

總結(jié)

對(duì)于格芯來說，“勢(shì)”在人為這一詞匯，大概是對(duì)于格芯未來發(fā)展驅(qū)動(dòng)力的最好描繪。

在格芯看來，把握科技變化對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響，在互聯(lián)互通的前提下推動(dòng)智能化的發(fā)展，需要注意以下要素：首先是低功耗。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)來說，尤其是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來說，低功耗是非常重要的。其次是內(nèi)存。通過內(nèi)存與帶寬之間的配合，我們能夠?qū)崿F(xiàn)更好的內(nèi)存與處理速度，這樣也能夠降低功耗。

無論是人工智能還是將來出現(xiàn)的其他技術(shù)，都有一個(gè)最基本的條件，就是我們必須用最基本、最具體的技術(shù)去支持它的運(yùn)行。而晶圓廠就是所有基礎(chǔ)架構(gòu)當(dāng)中最核心的。

“所以我們?cè)谶@里希望能夠讓在中國(guó)的業(yè)務(wù)獲得成功，在全球的業(yè)務(wù)也能成功，作為晶圓廠、晶圓制造、晶圓代工領(lǐng)域領(lǐng)軍型的公司，我們希望跟大家通力合作，能夠讓人工智能成為現(xiàn)實(shí)，能夠進(jìn)入真正下一代的“勢(shì)”在人為的人工智能世界!”Sanjay Jha表示。