“聯(lián)合創(chuàng)新”模式助力中國(guó)集成電路工藝創(chuàng)新與演進(jìn)

在中國(guó)全面實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的今天，幾乎所有人都將目光集中在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、集成電路、生物工程等重點(diǎn)行業(yè)。這其中，集成電路行業(yè)發(fā)展尤為引人注目。工信部在解讀《中國(guó)制造2025》時(shí)稱(chēng)，“集成電路是工業(yè)的‘糧食’，其技術(shù)水平和發(fā)展規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造的重要技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支撐。國(guó)際金融危機(jī)后，發(fā)達(dá)國(guó)家加緊經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整，集成電路產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性地位進(jìn)一步凸顯，美國(guó)更將其視為未來(lái)20年從根本上改造制造業(yè)的四大技術(shù)領(lǐng)域之首。”同時(shí)也有業(yè)內(nèi)人士將集成電路比喻為工業(yè)生產(chǎn)的“心臟”，其重要性可見(jiàn)一斑。

日前，賽迪顧問(wèn)發(fā)布《中國(guó)IC 28納米工藝制程發(fā)展》白皮書(shū)，闡釋全球及中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)“聯(lián)合創(chuàng)新”模式給予極高評(píng)價(jià)。

28納米為IC工藝制程發(fā)展關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

全球方面，白皮書(shū)數(shù)據(jù)顯示，2014年全球集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到3331.51億美元。從區(qū)域分布來(lái)看，集成電路產(chǎn)業(yè)主要分布在北美、歐洲、日本和亞太地區(qū)(除日本)。同時(shí)，也形成了以英特爾、三星、臺(tái)積電、高通為代表的龍頭企業(yè)。其中，美國(guó)企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，在全球前20大半導(dǎo)體廠(chǎng)商中達(dá)到9家，其余包括日本企業(yè)3家、歐洲企業(yè)3家、韓國(guó)企業(yè)2家，中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)3家;中國(guó)方面，根據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，2014年，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入2672億元人民幣，同比增長(zhǎng)11.2%，比上年提高3.6個(gè)百分點(diǎn)。

技術(shù)演進(jìn)角度，白皮書(shū)認(rèn)為，縱觀集成電路50年來(lái)的發(fā)展歷程，自發(fā)明以來(lái)所取得的成功和產(chǎn)品增值主要?dú)w功于半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷進(jìn)步。工藝技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)不斷改進(jìn)，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，帶動(dòng)了芯片集成度持續(xù)迅速提高，單位電路成本呈指數(shù)式降低。白皮書(shū)認(rèn)為綜合技術(shù)和成本等各方面因素，28納米都將成為未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)。

從工藝角度，與40納米工藝相比，28納米柵密度更高、晶體管的速度提升了大約50%，而每次開(kāi)關(guān)時(shí)的能耗則減小了50%。此外，目前28納米采用的是193納米的浸液式方法，當(dāng)尺寸縮小到22/20納米時(shí)，傳統(tǒng)的光刻技術(shù)已無(wú)能為力，必須采用輔助的兩次圖形曝光技術(shù)(double patterning，簡(jiǎn)稱(chēng)為DP)。然而這樣會(huì)增加掩膜工藝次數(shù)，從而致使成本增加和工藝循環(huán)周期的擴(kuò)大。這就造成了20/22納米無(wú)論從設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)成本上一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)很好的控制，其成本約為28納米工藝成本的1.5-2倍左右。

從市場(chǎng)需求角度，白皮書(shū)同時(shí)表示，隨著28納米工藝技術(shù)的成熟，28納米工藝產(chǎn)品市場(chǎng)需求量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)——從2012年的91.3萬(wàn)片到2014年的294.5萬(wàn)片，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)79.6%，并且這種高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)將持續(xù)到2017年。白皮書(shū)還表示，因?yàn)槌杀镜染C合原因，14/16納米不會(huì)迅速成為主流工藝，因此，28納米工藝將會(huì)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)作為高端主流的工藝節(jié)點(diǎn)。

白皮書(shū)還調(diào)研了中國(guó)28納米工藝制程現(xiàn)狀。白皮書(shū)稱(chēng)，自45納米工藝技術(shù)于2011年被攻克之后，以中芯國(guó)際為代表的IC制造企業(yè)積極開(kāi)展28納米工藝技術(shù)的研發(fā)。中芯國(guó)際的28納米生產(chǎn)制程經(jīng)過(guò)幾百人研發(fā)團(tuán)隊(duì)和近三年時(shí)間，于2013年底實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在上海試生產(chǎn)。2015年9月，中芯國(guó)際28納米工藝產(chǎn)品將基本上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。首先量產(chǎn)的將是PolySiN工藝，下一步集中在HKMG工藝。

聯(lián)合創(chuàng)新將推動(dòng)中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展

如何進(jìn)一步從半導(dǎo)體制造領(lǐng)域著手突破、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)半導(dǎo)體水平的提升?在去年工信部頒布的《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》中，主管部門(mén)提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)，其中包括：以技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新為動(dòng)力，充分利用全球資源，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)開(kāi)放式創(chuàng)新發(fā)展，加強(qiáng)國(guó)際交流合作，提升在全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局中的地位和影響力。

值得關(guān)注的是，工信部多次強(qiáng)調(diào)“模式創(chuàng)新”和“加強(qiáng)國(guó)際交流合作”。而賽迪發(fā)布的白皮書(shū)也利用較大篇幅論述晶圓制造廠(chǎng)與IC設(shè)計(jì)企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新的必要性。白皮書(shū)認(rèn)為傳統(tǒng)IDM模式面臨巨大挑戰(zhàn)，而行業(yè)分工模式也存在諸多不足;白皮書(shū)經(jīng)過(guò)大量調(diào)研認(rèn)為，聯(lián)合創(chuàng)新將開(kāi)啟IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式。

所謂IDM(Integrated Device Manufacturer)，即從設(shè)計(jì)到制造、封裝測(cè)試以及投向市場(chǎng)全包的運(yùn)營(yíng)方式。其特征是經(jīng)營(yíng)范圍覆蓋IC設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試，甚至下游終端產(chǎn)品制造，代表企業(yè)有三星、英特爾、德州儀器等。該模式具備內(nèi)部資源整合能力強(qiáng)、利潤(rùn)高以及技術(shù)領(lǐng)先等優(yōu)勢(shì)，但白皮書(shū)認(rèn)為其存在明顯弊端，主要體現(xiàn)在——生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本高制約技術(shù)創(chuàng)新;技術(shù)進(jìn)步難度大;產(chǎn)能和市場(chǎng)難以匹配。

而傳統(tǒng)的行業(yè)分工模式源于產(chǎn)業(yè)的專(zhuān)業(yè)化分工。隨著分工的逐漸深入，形成了專(zhuān)業(yè)的IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))核、無(wú)生產(chǎn)線(xiàn)的IC設(shè)計(jì)(Fabless)、晶圓代工(Foundry)及封裝測(cè)試(Assembling & Testing)廠(chǎng)商。模式的最大優(yōu)點(diǎn)是靈活性強(qiáng)，但劣勢(shì)也很明顯——工藝對(duì)接難度加大，延緩產(chǎn)品上市時(shí)間;Foundry標(biāo)準(zhǔn)化的工藝研發(fā)，不利于滿(mǎn)足客戶(hù)特色需求;各Foundry工藝不統(tǒng)一，增加了Fabless適配難度。

在此背景下，白皮書(shū)提出，聯(lián)合創(chuàng)新將開(kāi)啟IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式。這種模式可在實(shí)現(xiàn)分工的基礎(chǔ)上合作，在合作的基礎(chǔ)上分工，聯(lián)合創(chuàng)新模式中，各種領(lǐng)域內(nèi)有所長(zhǎng)的企業(yè)，彼此以深度伙伴關(guān)系合作的形式，達(dá)到各環(huán)節(jié)的有效垂直整合。代工廠(chǎng)不再僅限于產(chǎn)業(yè)鏈中的制造，可以參與到專(zhuān)業(yè)芯片的前期設(shè)計(jì)和后期服務(wù);此外，聯(lián)合創(chuàng)新模式加快Foundry工藝進(jìn)步速度，有助突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸;第三，這種模式可提高Fabless工藝適配能力，提升產(chǎn)品性能優(yōu)化空間。白皮書(shū)稱(chēng)，從集成電路行業(yè)發(fā)展來(lái)看，新工藝與新材料的引入需要設(shè)計(jì)企業(yè)與制造企業(yè)緊密合作，需要IC設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)工藝、器件有深入的理解。讓IC設(shè)計(jì)企業(yè)加入到工藝研發(fā)過(guò)程中，可以結(jié)合工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高Fabless的工藝適配能力，提升產(chǎn)品性能的優(yōu)化空間，從而確保設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在性能方面獲得優(yōu)勢(shì)，也能有效降低風(fēng)險(xiǎn)。

白皮書(shū)重點(diǎn)介紹“中高聯(lián)合創(chuàng)新”模式

何為聯(lián)合創(chuàng)新模式的典范?白皮書(shū)力挺“中高聯(lián)合創(chuàng)新”。白皮書(shū)認(rèn)為，作為全球最大的、領(lǐng)先的Fabless廠(chǎng)商Qualcomm(美國(guó)高通公司，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高通”)，和中國(guó)內(nèi)地最大的Foundry廠(chǎng)商中芯國(guó)際的合作具有典型意義和示范作用。 白皮書(shū)稱(chēng)，中芯國(guó)際與高通的聯(lián)合創(chuàng)新模式，主要體現(xiàn)在協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新、相互經(jīng)驗(yàn)分享、聯(lián)合人才培養(yǎng)、促進(jìn)市場(chǎng)開(kāi)拓等方面。這種聯(lián)合創(chuàng)新是一種從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)的全生態(tài)合作，有利于加速28納米制程技術(shù)在中國(guó)的采用。

白皮書(shū)表示，高通擁有眾多關(guān)于半導(dǎo)體工藝和設(shè)計(jì)的領(lǐng)先技術(shù)。作為雙方28納米制程工藝合作的一部分，高通為中芯國(guó)際提出實(shí)際的產(chǎn)品需求。這對(duì)幫助中芯國(guó)際利用、改進(jìn)和完善其生產(chǎn)能力，打造出高良品率、高精確度的世界級(jí)商用產(chǎn)品至關(guān)重要。同時(shí)，協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新也有利于中芯國(guó)際建立世界級(jí)的28納米工藝設(shè)計(jì)包(PDK),可以幫助高通以外的其它設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)中芯國(guó)際28納米工藝樹(shù)立信心。為了加大與中芯國(guó)際的合作與協(xié)同創(chuàng)新力度，高通還在上海設(shè)立了專(zhuān)門(mén)的研發(fā)中心來(lái)為中芯國(guó)際提供現(xiàn)場(chǎng)支持。此外，作為IC設(shè)計(jì)廠(chǎng)商，高通與多家海外晶圓制造廠(chǎng)合作開(kāi)發(fā)芯片，在支持晶圓代工廠(chǎng)的制程技術(shù)成熟化和不斷演進(jìn)方面累積了很多經(jīng)驗(yàn)，并得到實(shí)際產(chǎn)品的驗(yàn)證。這方面的知識(shí)積累和經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)使高通在低功耗、高性能、移動(dòng)端的芯片領(lǐng)域處于全球第一的位置。高通也是少數(shù)幾家能夠以規(guī)?；图夹g(shù)資源支持晶圓代工廠(chǎng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)先制程工藝的設(shè)計(jì)企業(yè)。而中芯國(guó)際和高通開(kāi)展合作后，高通可以把這些成熟的合作經(jīng)驗(yàn)帶到中國(guó)，與中芯國(guó)際進(jìn)行分享，生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品、并保證產(chǎn)品良率的提高。

白皮書(shū)還表示，“中高聯(lián)合創(chuàng)新”模式還可以強(qiáng)化業(yè)內(nèi)其它客戶(hù)對(duì)中芯國(guó)際28納米制程的信心，有利于中芯國(guó)際承接除高通之外的更多訂單，并獲取發(fā)展所必須的重要利潤(rùn)。28納米技術(shù)未來(lái)將成為中芯國(guó)際重要的增長(zhǎng)動(dòng)力之一。中芯國(guó)際實(shí)力進(jìn)一步增加以后，進(jìn)而可以聘用、培養(yǎng)一流的高技術(shù)人才，投入更多的資金用于研發(fā)，開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的工藝技術(shù)，最終形成一個(gè)良性循環(huán)，讓研發(fā)與市場(chǎng)更加有效地結(jié)合起來(lái)。

對(duì)于該模式帶來(lái)的成果之一，工信部在《2014年集成電路行業(yè)發(fā)展回顧及展望》中稱(chēng)，中芯國(guó)際與高通合作的28納米驍龍?zhí)幚砥鞒晒χ圃?，?biāo)志著其在28納米工藝制程成熟的路徑上又邁出重要一步。

開(kāi)放合作是中國(guó)IC發(fā)展的重要方向

開(kāi)放、創(chuàng)新將幫助中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)迅速走向國(guó)際前沿。今年5月，工信部副部長(zhǎng)懷進(jìn)鵬表示，中國(guó)集成電路市場(chǎng)需求強(qiáng)大，中美雙方在集成電路領(lǐng)域合作空間廣闊。中國(guó)在實(shí)施《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》過(guò)程中將充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的決定性作用，更好發(fā)揮政府作用，堅(jiān)持開(kāi)放發(fā)展原則，歡迎包括美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)在內(nèi)的國(guó)外企業(yè)參與其中。

事實(shí)上，以高通為代表的海外企業(yè)已經(jīng)深度參與中國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)。去年，高通與中芯國(guó)際宣布了將雙方的長(zhǎng)期合作拓展至28納米晶圓制造，即前文所述“中高聯(lián)合創(chuàng)新”模式合作項(xiàng)目之一。中芯國(guó)際藉此成為中國(guó)內(nèi)地第一家在最先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)高性能、低功耗手機(jī)處理器的晶圓代工企業(yè)。僅僅一年多時(shí)間，中芯國(guó)際28納米芯片組實(shí)現(xiàn)商用，采用其28納米工藝的驍龍410處理器已經(jīng)應(yīng)用于主流智能手機(jī)。此事件在中國(guó)推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的大背景下具備里程碑意義，中芯國(guó)際首席執(zhí)行官兼執(zhí)行董事邱慈云博士表示，“這對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)意義非凡，我們通過(guò)與高通的緊密合作，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)內(nèi)地制造核心芯片應(yīng)用于主流智能手機(jī)零的突破”;高通總裁德里克·阿博利表示，“這標(biāo)志著高通和中芯國(guó)際在先進(jìn)工藝制程和晶圓制造合作上再次取得重大進(jìn)展”。

而在今年6月份，高通攜手中芯國(guó)際、華為、IMEC，共同投資中芯國(guó)際集成電路新技術(shù)研發(fā)公司，該公司目前以14納米先進(jìn)邏輯工藝研發(fā)為主，此項(xiàng)目是集成電路制造企業(yè)與國(guó)際業(yè)界公司、研究機(jī)構(gòu)合作模式上的重大突破，充分整合了國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈的上下游公司、國(guó)際尖端研發(fā)力量等優(yōu)勢(shì)資源。該項(xiàng)目為比利時(shí)國(guó)王菲利普·利奧波德·路易斯·瑪麗訪(fǎng)華期間與中國(guó)簽署的一系列協(xié)議之一，這項(xiàng)代表著中國(guó)和比利時(shí)最尖端科技之間的合作，受到了各方的關(guān)注。中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平、比利時(shí)國(guó)王菲利普共同見(jiàn)證了簽約儀式。

此外在近日，中芯國(guó)際、國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司和高通宣布達(dá)成向中芯長(zhǎng)電半導(dǎo)體有限公司投資的意向并簽署不具有法律約束力的投資意向書(shū)，投資總額為2.8億美元。如本輪擬進(jìn)行的投資一旦完成，將幫助中芯長(zhǎng)電加快中國(guó)第一條12英寸凸塊生產(chǎn)線(xiàn)的建設(shè)進(jìn)度，從而擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提升先進(jìn)制造能力，并完善中國(guó)整體芯片加工產(chǎn)業(yè)鏈。