控制半導(dǎo)體制程上污染,英特格確定與三大半導(dǎo)體廠合作

控制半導(dǎo)體制程上污染,英特格確定與三大半導(dǎo)體廠合作

在當前包含物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化、人工智能、自動駕駛、5G通訊等新科技逐漸普及的情況下,帶動了半導(dǎo)體的成長,并使得芯片需求大幅提升。而為了迎接這些挑戰(zhàn),導(dǎo)入新的材料增加效能,在延續(xù)摩爾定律過程中,材料技術(shù)不斷演進,且應(yīng)用的材料本質(zhì)也開始改變。而特用化學(xué)原料暨先進科技材料龍頭供應(yīng)商英特格(Entegris Inc.)即透過運用科學(xué)為基礎(chǔ),以提供解決方案,并協(xié)助半導(dǎo)體客戶在先進制程上應(yīng)對各種挑戰(zhàn)。

英特格技術(shù)長James O’Neill指出,英特格成立迄今已經(jīng)有50年歷史,去年整體營收達16億美元。而在當前新的材料、芯片、形狀都與過去不同,對于半導(dǎo)體制程來說都是很復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

舉例來說,從28納米轉(zhuǎn)換到7納米,復(fù)雜程度是過去的兩倍。技術(shù)要驗證得要更快,所以整個生產(chǎn)周期時間都是更短的。這也表示我們在采用先進制程時,要達成較佳的良率更為困難,產(chǎn)業(yè)的重點就在于如何快速達到好的良率。這也就是英特格的優(yōu)勢所在。

James O’Neill表示,要提高良率重點之一是污染控制,從28納米到7納米,對于金屬雜質(zhì)容忍程度已經(jīng)減少1,000倍,而晶圓致命微粒則縮小將近4倍,這點非常重要,因為只要雜質(zhì)或微粒等污染的容忍程度有了細微變動,對晶圓廠獲利都會造成很大的影響。整個半導(dǎo)體生態(tài)系中,每個步驟都要顧慮污染控制,包括工廠中怎么制作和包裝化學(xué)品、如何運送與在工廠中使用與儲存,每個步驟都相當重要。英特格有各項產(chǎn)品和解決方案,確保整個制程、輸送時不受污染。

James O’Neill進一步強調(diào),因為蝕刻技術(shù)的大幅進步,現(xiàn)在半導(dǎo)體廠開始導(dǎo)入的是極紫外光EUV設(shè)備及技術(shù)。而英特格在EUV制程的污染控制與光罩盒是市場領(lǐng)導(dǎo)者,旗下的過濾技術(shù)能確保材料放在pattern上維持潔凈度。此外,

半導(dǎo)體制程中,運用EUV的光蝕刻技術(shù)可再進一步細分成好幾個步驟,這使得英特格不僅提供光罩盒,還有特殊化學(xué)品、過濾器、過濾技術(shù),以及制程中各方面需要的材料和污染控制,惟有英特格能夠提供最廣泛的解決方案。

James O’Neill也證實,因為目前全球半導(dǎo)體廠僅有3家晶圓代工廠,包括臺積電、三星及英特爾有能力持續(xù)推進先前制程,尤其龍頭臺積電預(yù)計2020年將開始量產(chǎn)6納米,以及更加先進的5納米制成,帶動臺灣未來的導(dǎo)體業(yè)樂觀前景。而因此,英特格確定與這3家廠商進行合作,持續(xù)提供相關(guān)解決方案給客戶,以滿足在先進制程上的需求。

跟隨摩爾定律發(fā)展脈絡(luò),異質(zhì)整合助力IC封測發(fā)展

跟隨摩爾定律發(fā)展脈絡(luò),異質(zhì)整合助力IC封測發(fā)展

5G及IoT終端需求發(fā)展,SiP系統(tǒng)級封裝技術(shù)提高了人類生活的便利性

「Semicon Taiwan 2019」展會期間,特別針對半導(dǎo)體的未來發(fā)展趨勢舉行「科技智庫領(lǐng)袖高峰會」,封測大廠日月光執(zhí)行長吳田玉為半導(dǎo)體封測產(chǎn)業(yè)的前世今生及未來發(fā)展方向提出見解。

由于半導(dǎo)體摩爾定律限制,使得線寬不斷微縮、晶體管密度逐步升高,人們從早期的個人計算機發(fā)展并搭配QFP(Quad Flat Package)導(dǎo)線架封裝方法,演進至現(xiàn)今5G通訊及IoT的SiP(System in Package)系統(tǒng)級先進封裝技術(shù)。

摩爾定律貢獻于終端產(chǎn)品演進,發(fā)現(xiàn)它不只帶動半導(dǎo)體制程的不斷精進,也引領(lǐng)封裝技術(shù)的逐步提升,遂逐步將終端應(yīng)用推向智慧化,而5G及IoT應(yīng)用正開啟人類生活的新視野。日月光集團特別在5G通訊應(yīng)用上,將藍牙芯片及MCU(微控制器)藉由SiP封裝技術(shù)整合為一。

在IoT部分,則利用長距離無線通訊(LoRa)芯片搭配MCU進行封裝。透過上述異質(zhì)整合SiP封裝技術(shù),使得真無線藍牙耳機及遠距離傳輸傳感器等相關(guān)終端產(chǎn)品應(yīng)用變得更加多元,提高人類生活的便利性。

異質(zhì)整合能力是決定未來封測技術(shù)發(fā)展的重要指標

面對現(xiàn)階段半導(dǎo)體封測技術(shù)之發(fā)展,異質(zhì)整合能力將是評估廠商未來發(fā)展性的重要指標。針對異質(zhì)整合的發(fā)展特性,將有以下幾個評估要點:考量整體的機械性質(zhì)、元件結(jié)構(gòu)間的熱能變化,以及適當材料及程序操作,還有芯片彼此間的互通有無等。

由于必須考量上述因素,在目前摩爾定律限制下,廠商面對整體系統(tǒng)的異質(zhì)整合程度時,必須衡量自身先進制程及封裝技術(shù)能力,因此對于現(xiàn)行半導(dǎo)體制造與封測代工廠來說,亟需投入相關(guān)封測技術(shù)之研發(fā)(如2.5D/3D封裝、SiP、FOWLP等),以實現(xiàn)終端應(yīng)用之封裝需求。

▲2.5D封裝技術(shù)演進圖,source:日月光

值得一提,日月光特別針對AI之FPGA(現(xiàn)場可程序化邏輯閘陣列)芯片,試圖從傳統(tǒng)FCBGA封裝方式,逐步衍生至極低線寬比、極高接腳密度之2.5D封裝技術(shù),藉此提升自身異質(zhì)整合的能力。

臺積電:摩爾定律仍活躍 未來晶圓可能1納米

臺積電:摩爾定律仍活躍 未來晶圓可能1納米

臺積電副總經(jīng)理黃漢森表示,摩爾定律還是活躍存在,未來30年半導(dǎo)體制程新節(jié)點將帶來益處,強調(diào)存儲器、邏輯元件和感測元件的系統(tǒng)整合。

黃漢森指出,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)透過芯片特性界定每一個世代,現(xiàn)在7納米和5納米制程已無法形容未來半導(dǎo)體科技的核心,他認為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)該要采用新制度,衡量科技新進展,預(yù)測科技進步的方式。

他表示,7納米晶圓制程去年開始量產(chǎn),5納米制程相關(guān)生態(tài)圈已準備就緒,未來將有3納米制程,隨著晶圓制程節(jié)點進步,未來也有可能發(fā)展2納米甚至是1納米。

黃漢森指出,摩爾定律還是活躍存在,隨著元件密度越高,成本效益越好,不過若要預(yù)測下一個世代半導(dǎo)體科技發(fā)展,可能要提出新的方式。

展望未來30年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)指標,黃漢森表示,新的節(jié)點出現(xiàn)將帶來益處,透過半導(dǎo)體創(chuàng)新達到目的地,他預(yù)期未來30年新指標,可能是存儲器、邏輯元件和感測元件整合,帶動電晶體效能和存儲器進展,系統(tǒng)高度整合,透過新的節(jié)點獲益。

摩爾定律(Moore’s law)是指積體電路上可容納的電晶體數(shù)目,約每隔18個月便會增加一倍,性能也提升一倍,近年,由于電晶體尺寸縮小速度趨緩,業(yè)界對于摩爾定律是否已到盡頭的爭論不斷。

先進封裝技術(shù)使得后摩爾定律得以繼續(xù)

先進封裝技術(shù)使得后摩爾定律得以繼續(xù)

近日,華進半導(dǎo)體封裝先進技術(shù)研發(fā)中心有限公司副總經(jīng)理秦舒表示,摩爾定律的延伸受到物理極限、巨額資金投入等多重壓力,迫切需要新的技術(shù)延續(xù)工藝進步,通過先進封裝集成技術(shù),實現(xiàn)高密度集成、體積微型化和更低的成本,使得“后摩爾定律”得以繼續(xù)。

而采用以TSV為核心的高密度三維集成技術(shù)(3D IC)是未來封裝領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù),3D IC與CMOS技術(shù)和特色工藝一起,構(gòu)成后摩爾時代集成電路發(fā)展的三大支撐技術(shù)。

封裝要貼近技術(shù)發(fā)展的需求,封裝要貼近市場的需求和應(yīng)用的需求,而面向物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、毫米波、光電子領(lǐng)域的特色制造技術(shù)和定制化封裝工藝,是實現(xiàn)中國集成電路特色引領(lǐng)的戰(zhàn)略選擇。過去我們談封裝,大家看的比較多是我有幾條腿引出來,現(xiàn)在都是定制化了,不是給你幾條腿,現(xiàn)在多一點的是128條腿,甚至可以做到幾千個腳、幾千個引線,這就是定制化設(shè)置,根據(jù)需求設(shè)置,這就是封裝貼近技術(shù)發(fā)展的需求。

現(xiàn)在應(yīng)用很多,也相應(yīng)的要求封裝多元化。比如人工智能、高性能計算,要求封裝的類型是3D SRAM的ASIC,還有終端可擴展計算系統(tǒng)。比如數(shù)據(jù)中心,需要的封裝是包含HBM、ASIC和3D SRAM的大尺寸2.5D封裝,包含L3緩存分區(qū)的分離芯片的3D ASIC,包含多個光纖陣列的硅光子MCM。比如汽車電子,需求是駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)雷達設(shè)備的扇出封裝,電動汽車和混合動力汽車中使用的MCU、電源管理系統(tǒng)的WB和IGBT封裝模組。比如5G射頻、毫米波,對于封裝的要求是包含多款異質(zhì)芯片的多芯片模組(例如LNA、PA、Switch和濾波器等),包含TSV Last工藝的3D集成以及集成天線和被動元器件需求。

TSV先進封裝市場預(yù)測。預(yù)計2022年TSV高端產(chǎn)品晶圓出片量為60多萬片;盡管數(shù)量有限,但由于晶片價值高,仍能產(chǎn)生高收入。而高帶寬存儲器(HBM)正在成為大帶寬應(yīng)用的標準。智能手機中成像傳感器的數(shù)量不斷增加,計算需求不斷增長,促使3D SOC市場擴增。預(yù)計未來五年,12寸等效晶圓的出貨數(shù)量將以20%的CAGR增加,從2016年的1.3M增加到2022年的4M。TSV在低端產(chǎn)品中的滲透率將保持穩(wěn)定,其主要增長來源是智能手機前端模塊中的射頻濾波器不斷增加,以支持5G移動通信協(xié)議中使用的不同頻帶。

2.5D Interposer市場前景。TSV Interposer是一種昂貴而復(fù)雜的封裝工藝技術(shù),成本是影響2.5D市場應(yīng)用的關(guān)鍵因素,需要進一步降低封裝或模塊的總體成本。2016年到2022年,3D硅通孔和2.5D市場復(fù)合年增長率達20%;截至2022年,預(yù)計投產(chǎn)400萬片晶圓。其市場增長驅(qū)動力主要來自高端圖形應(yīng)用、高性能計算、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心對3D存儲器應(yīng)用的需求增長,以及指紋識別傳感器、環(huán)境光傳感器、射頻濾波器和LED等新應(yīng)用的快速發(fā)展;由于TSV Less 低成本技術(shù)的發(fā)展,2021年TSV Interposer市場的增速放緩,部分TSV Less技術(shù)將逐步替代TSV Interposer以實現(xiàn)2.5D;但部分市場預(yù)測,TSV Less技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化將會延遲;同時,為滿足高性能計算市場,對TSV Interposer的需求持續(xù)增長。TSV Interposer將繼續(xù)主導(dǎo)2.5D市場,像TSMC&UMC這樣的參與者將擴大產(chǎn)能以滿足市場需求。總體來看,TSV Interposer 仍具有強勁的市場優(yōu)勢。

總結(jié)來看,目前約75%左右的異質(zhì)異構(gòu)集成是通過有機基板進行集成封裝,這其中大部分是SiP。余下的約25%是采用其他基板實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)集成,這其中包含了硅轉(zhuǎn)接板、fanout RDL以及陶瓷基板等。隨著集成電路制造工藝節(jié)點的不斷提高,成本卻出現(xiàn)了拐點,無論從芯片設(shè)計、制造的難度,還是成本,多功能系統(tǒng)的實現(xiàn)越來越需要SiP和異質(zhì)異構(gòu)集成。隨著人工智能和5G的發(fā)展,系統(tǒng)追求更高的算力、帶寬,芯片的尺寸和布線密度也都在不斷提高,使得2.5D封裝的需求開始增加。2.5D系統(tǒng)集成封裝涉及的技術(shù)和資源包含前道晶圓工藝、中道封裝工藝和后道組裝工藝,是很復(fù)雜的集成工藝,目前掌握全套技術(shù)的公司較少。

趙海軍:摩爾紅利和市場細分是未來發(fā)展兩大動力

趙海軍:摩爾紅利和市場細分是未來發(fā)展兩大動力

近日,中芯國際集成電路制造有限公司聯(lián)席CEO趙海軍表示,摩爾紅利和市場細分是未來發(fā)展兩大動力。

趙海軍說,集成電路具有周期性,一是在經(jīng)濟發(fā)展過程中每四五年有一個周期,二是每一年都有周期。今年預(yù)計是整個半導(dǎo)體行業(yè)的“小年”,主要原因有三個:一是去年和前年存儲器價格漲得太高,現(xiàn)在價格在回落到比較合理的價位。二是今年大家都熱切等待著5G、人工智能的出現(xiàn),很多市場都不投入新的產(chǎn)品,因為今年投入就是一個過渡期。三是國際貿(mào)易波動的影響,有人急著轉(zhuǎn)移產(chǎn)業(yè)鏈,這些都對我們行業(yè)產(chǎn)生了影響。但中國的情況可能與全球的情況有所不同。

現(xiàn)在集成電路行業(yè)有幾個特點,第一是整個集成電路的產(chǎn)業(yè)趨勢是由手機驅(qū)動,同樣的邏輯電路,以前主要是電腦驅(qū)動發(fā)展,現(xiàn)在是手機驅(qū)動發(fā)展,手機里面里的CPU芯片即AP,它的運算速度、功能架構(gòu)、密度和耗能在驅(qū)動集成電路發(fā)展,過去臺積電、三星、英特爾這樣的公司有非常成功的研發(fā)經(jīng)驗。

第二是英特爾在2011年成功打造了22納米的FinFET技術(shù),這之后它的器件基本保持22納米,所以很多企業(yè)從22納米、14納米,一直做到7納米,因為其中沒有太大區(qū)別。

第三是市場生態(tài)在發(fā)生變化,手機能力在演進,手機正在變成一個數(shù)據(jù)處理中心;人工智能在發(fā)展,要實現(xiàn)比較理想的性能,需要用到7納米,目前7納米以上實現(xiàn)的人工智能受到了極大限制,但是7納米以下有新的推動力;在5G影響下,物聯(lián)網(wǎng)也會和5G一起發(fā)展起來。

趙海軍說,全球代工業(yè)的發(fā)展趨勢是技術(shù)、生態(tài)、平臺都在發(fā)展,所以現(xiàn)在談集成電路制造不談工藝技術(shù),而是將設(shè)計、工藝與封裝連在一起談。

未來的發(fā)展有兩個動力:第一個是摩爾紅利還在,用戶用同樣的錢可以買到更好的性能、更多的功能。這樣可以在第二年用同樣的1000元買到比今年更好的手機,這是靠摩爾定律實現(xiàn)的紅利,如果技術(shù)可以實現(xiàn),一直發(fā)展到1納米摩爾紅利還存在。

第二個巨大的推動力是產(chǎn)品市場的細致劃分,原來八寸長的不能做CPU,現(xiàn)在也在蓬勃發(fā)展。現(xiàn)在同時建的八寸的生產(chǎn)線有十幾條,原因是做不同的東西要求越來越極致,生態(tài)、設(shè)計和制造會捆綁在一起,無論存量還是增量,代工來者不拒。因為市場無窮大,像快餐店一樣,誤打誤撞也可以取得成功。

趙海軍說,縱觀國內(nèi)代工的發(fā)展歷史,我選擇了一個詞是“因為選擇,所以不同”。在19年的發(fā)展歷程中,以中芯國際為例,存儲器廠做了一年半以后廢掉,因為更先進的產(chǎn)品和技術(shù)出現(xiàn)了,舊廠沒有用了,得不到用戶認可。2011年以后,中國的代工技術(shù)逐漸成熟,也有自己的PDK、IP等,使中國的設(shè)計公司也可以來這里代工。

大家相信中國的集成電路一定出現(xiàn)野蠻的生長時期,做的辦法就是“面多了加水,水多了加面”。國內(nèi)的代工廠有四個選擇,做領(lǐng)導(dǎo)者,做變革者,做跟隨者或者利基者,國內(nèi)基本選擇的都是做快速的跟隨者。實現(xiàn)的方式是爭取做大客戶、大平臺、大技術(shù)、大幾率事件的第二供應(yīng)商,做成以后再實現(xiàn)在細分市場做第一供應(yīng)商。戰(zhàn)略跟隨的方法就是產(chǎn)能、低價、高質(zhì)、快速。? ?

未來驅(qū)動代工業(yè)的發(fā)展主要是四個領(lǐng)域,分別是移動通信、數(shù)據(jù)流、互聯(lián)網(wǎng)或者是萬物聯(lián)網(wǎng)、電動汽車。未來的主流是先進工廠,目前手機里面約有14-15個集成塊,只有一個CPU和三個存儲器的四個集成塊是由最先進的技術(shù)驅(qū)動發(fā)展的。其他的都是成熟技術(shù),而之所以成熟技術(shù)沒有表現(xiàn)出成長,是因為原來的先進技術(shù)不斷地變?yōu)槌墒旒夹g(shù),成熟技術(shù)是跟隨先進技術(shù)在發(fā)展。實際上去年的新工廠就是今年的成熟工廠。

趙海軍說,中國是全球最大的半導(dǎo)體市場,今年大約占45%-47%。國內(nèi)已經(jīng)有了這么大的需求量,但國內(nèi)已經(jīng)有的供給還是非常小的。所以這里可以看到,一方面說明我們前途巨大,另一方面也說明有一些根深蒂固本質(zhì)上的原因在阻礙著,要想更大就要克服這些阻礙。

第一個阻礙是最先進的技術(shù),先進制程已經(jīng)變成了小眾群體,是VIP俱樂部,這個俱樂部要有錢、有技術(shù),最重要的是做到兩點,一是準時交付,二是綁定客戶。

中芯國際目前在北京、天津、上海、深圳設(shè)有基地,在國外也建立了銷售處。每月12英寸生產(chǎn)量是10萬片,8英寸是25萬片。中芯國際可以從設(shè)計服務(wù)開始,一直到最后封裝、測試,為生態(tài)合作伙伴一次性做好,這對中國國內(nèi)的上千家設(shè)計公司來講是非常必要的。

后摩爾定律時代,半導(dǎo)體制程智慧化刻不容緩

后摩爾定律時代,半導(dǎo)體制程智慧化刻不容緩

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基于其不斷邁向功能復(fù)雜化、產(chǎn)品極小化的趨勢,同時持續(xù)對物理極限展開技術(shù)挑戰(zhàn),因此在自動化、物聯(lián)網(wǎng)與傳感器、機器人、大數(shù)據(jù)分析與智慧管理等不同面向,成熟度均領(lǐng)先于其他制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)。對這個產(chǎn)業(yè)來說,除了如臺積電創(chuàng)辦人張忠謀所言,降低“生產(chǎn)周期”至關(guān)重要;藉由能自我檢測并調(diào)校的智能設(shè)備,讓產(chǎn)線不斷優(yōu)化,更是每家業(yè)者追求的目標。

在5G、AI人工智能等發(fā)展浪潮下,IC應(yīng)用邁向多元化與極致效能。需求帶動技術(shù)成長,而技術(shù)成長也引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所需的設(shè)備相應(yīng)升級。當工業(yè)4.0的概念逐漸落實,設(shè)備智能化也從單純的硬件升級走向軟硬整合,以達到即時資料采集及分析,并協(xié)助決策。

設(shè)備智能化的相關(guān)解決方案包含以下領(lǐng)域:運動控制與機器視覺、設(shè)備預(yù)防性維護、內(nèi)部閘道協(xié)定、邊緣運算、遠端控制與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等。為了將AI與機器學(xué)習(xí)技術(shù)導(dǎo)入設(shè)備,以及隨之而來的更多數(shù)據(jù)及運算需求,具備高速及高效傳輸速率的PCIe匯流排技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域重要性不斷提升;搭配以PC-Based為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)與自動化解決方案,得以整合并滿足更多復(fù)雜設(shè)備的需求。

以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)后段的測試、組裝、封裝等制程為例,由于封裝速度大躍進,在達到高度精確的同時,還得保有高產(chǎn)能,因此需要更精準的運動控制視覺檢測系統(tǒng),還必須易于安裝與維護,讓產(chǎn)線隨時處在最佳狀態(tài)。

運動控制

運動控制是自動化的核心技術(shù),透過對機械運動部件的位置、速度等進行即時管理,能使設(shè)備按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的參數(shù)進行動作。

而目前基于乙太網(wǎng)的現(xiàn)場匯流排的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EtherCAT(乙太網(wǎng)控制自動化技術(shù)),由于具備極短的通訊周期與精確的同步時間,在自動化控制領(lǐng)域中成為主流。

EtherCAT的解決方案包含PCI/PCIe運動控制卡搭配工業(yè)電腦、PAC模組化控制器,以及一體式控制器等,能應(yīng)付不同制造場景。其中像是研華科技(Advantech)推出的PCIE-1203L-64AE運動控制卡,因為具備以下規(guī)格,成為分散式EtherCAT解決方案中的強力產(chǎn)品,包括:667MHz雙核ARM處理器、2個EtherCAT端口供給高性能的運動和I/O應(yīng)用、支援通用運動軟件開發(fā)套件(SDK)可快速開發(fā)應(yīng)用程序、最多支援64軸運動控制、點對點移動、2軸線性插補,并且支援可編程加速/減速率以及可編程中斷等。

機器視覺與影像擷取

機器視覺則因為有引導(dǎo)(定位)、量測、檢測、與判讀條碼/光學(xué)字元識別(OCR)等用途,在納米等級的半導(dǎo)體制程中,不但能協(xié)助機器手臂定位加工,也能提升檢測品質(zhì),并在最后IC成品裝料打包時記錄生產(chǎn)批量內(nèi)容,讓效率不會受人力波動及疏失影響而減低。研華科技專為工業(yè)和視覺應(yīng)用而設(shè)計的PCIE-1154-AE影像擷取卡,具有4個PCIe以及4個USB 3.0端口可以擴充,配備Fresco FL1100 USB 3.0主機控制器和5 Gbps的獨立頻寬,還可供應(yīng)1500 mA電流,以確保外部工廠自動化和醫(yī)療應(yīng)用的USB相機穩(wěn)定供電。

資料采集

而為了監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、并且隨時能夠進行調(diào)校、優(yōu)化流程甚至是進行預(yù)防性維護,則需要藉由傳感器和平臺上的量測軟件,將偵測到的各種參數(shù)轉(zhuǎn)為數(shù)位訊號,透過USB、PCI、PCIe或乙太網(wǎng)等匯流排送到主機中進行分析處理。如PCIE-1816-AE的多重功能卡,可用于不同類別的資料(訊號)采集,其具備16個類比輸入,最高達1 MS/s、16位分辨率,支援A/O的類比和數(shù)位觸發(fā)器以及AO波形生成,還有24個可編程的數(shù)位I/O線,以及4K樣本FIFO存儲器。

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁入后摩爾定律時代,復(fù)雜制程迫使終端設(shè)備必須愈趨智慧化,PC-Based控制系統(tǒng)與分散式運算架構(gòu)因強大的效能、高開放性與運算能力,讓PCIe模組化解決方案得以滿足系統(tǒng)整合商與工廠經(jīng)營者的升級需求,幫助設(shè)備更聰明。

摩爾定律已死?或許還有其他走向

摩爾定律已死?或許還有其他走向

近年來,對于在過去50年推動半導(dǎo)體制程前進的摩爾定律是否能繼續(xù)前行這個話題,一直備受爭議。但除了英特爾外,晶圓代工龍頭臺積電亦是摩爾定律的忠實推動者。日前,臺積電高管發(fā)表博客,再次表態(tài)將繼續(xù)推進摩爾定律,喊話“摩爾定律未死”。

臺積電全球營銷主管Godfrey Cheng在官網(wǎng)發(fā)表博客,表示摩爾定律實際上被誤稱為一種定律,因為它更準確地將其描述為歷史觀察和未來預(yù)測半導(dǎo)體器件或芯片中晶體管數(shù)量的指導(dǎo)。這些觀察和預(yù)測在過去幾十年中基本上都是正確的。但在我們即將邁入新的十年之際,一些人似乎認為摩爾定律已死。

Godfrey Cheng在博文中解釋了摩爾定律的由來及相關(guān)知識,言語中強調(diào)摩爾定律未死。他舉例表示,計算性能并沒有因為單個晶體管的時鐘速度而提高,而是通過在一個計算問題上投入更多的晶體管來提高計算性能,而在同一區(qū)域內(nèi)壓縮更多晶體管的方法是密度,即指給定二維區(qū)域內(nèi)晶體管的數(shù)量。

他指出,之所以關(guān)心芯片面積,是因為芯片成本與芯片面積成正比。摩爾在1965年的論文中明確指出,每個組件的制造成本與芯片上晶體管的總數(shù)之間存在關(guān)系。有些人認為摩爾定律已死,因為他們認為晶體管不肯能再繼續(xù)縮小了,Godfrey Cheng在文中談及了一些計算問題以及關(guān)于如何改進密度等問題。

值得一提的是,Godfrey Cheng提到臺積電近期推出的5nm極紫外EUV制程技術(shù)(N5P)。N5P是臺積電5nm制程的增強版,采用FEOL和MOL優(yōu)化功能,以便在相同功率下使芯片運行速度提高7%,或在相同頻率下將功耗降低15%。他表示臺積電的N5P工藝擴大了他們在先進工藝上的領(lǐng)先優(yōu)勢,該工藝將提供世界上最高的晶體管密度和最強的性能。

Godfrey Cheng進一步表示,在了解了臺積電的技術(shù)路線圖后,他可以很有把握地說,臺積電在未來多年將繼續(xù)開拓創(chuàng)新,將繼續(xù)縮小單個晶體管的體積,并繼續(xù)提高密度。在未來的幾個月、幾年里,將可聽到更多臺積電向新節(jié)點邁進的消息。

事實上,目前臺積電對外公布的技術(shù)路線規(guī)劃已到2nm。6月18日,臺積電在上海舉辦2019中國技術(shù)論壇,臺積電總裁魏家哲介紹了先進工藝的發(fā)展規(guī)劃。如今,臺積電7nm制程已量產(chǎn),而其規(guī)劃量產(chǎn)的工藝節(jié)點已經(jīng)來到5nm,研發(fā)方面則推進到3nm,近期還官宣2nm研發(fā)啟動。

根據(jù)規(guī)劃,臺積電5nm工藝將于明年上半年量產(chǎn);3nm工藝方面,臺積電表示進展順利,已有早期客戶參與進來,有望在2021年試產(chǎn)、2022年量產(chǎn);2nm工藝新廠設(shè)在中國臺灣新竹的南方科技園,預(yù)計2024年投產(chǎn)。

據(jù)了解,臺積電2nm工藝是一個重要節(jié)點,Metal Track(金屬單元高度)和3nm一樣維持在5x,同時Gate Pitch(晶體管柵極間距)縮小到30nm,Metal Pitch(金屬間距)縮小到20nm,相比于3nm都小了23%。

除了先進制程外,Godfrey Cheng還提及了系統(tǒng)級封裝技術(shù),這也是延續(xù)摩爾定律的一個重要方向。他表示,臺積電已經(jīng)能通過先進的封裝技術(shù)將邏輯內(nèi)核與存儲器緊密集成,將利用先進封裝實現(xiàn)的系統(tǒng)級密度,進一步增加晶體管的密度。

Godfrey Cheng表示,摩爾定律是關(guān)于增加密度,除了通過先進封裝實現(xiàn)的系統(tǒng)級密度,臺積電將繼續(xù)在晶體管級別增加密度,有許多路徑可用于未來的晶體管密度改進,“摩爾定律并未死亡”。

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臺積電:摩爾定律未死 我們的5nm工藝密度、性能最強

臺積電:摩爾定律未死 我們的5nm工藝密度、性能最強

“摩爾定律未死!”這句話如果是Intel公司說的,一點都沒有懸念,畢竟摩爾定律的提出者是Intel聯(lián)合創(chuàng)始人,50多年來Intel也是摩爾定律最堅定的捍衛(wèi)者。不過今天這句話是臺積電而非Intel說的,他們也要繼續(xù)推動摩爾定律。

臺積電全球營銷主管Godfrey Cheng今天在官網(wǎng)發(fā)表博客,解釋了摩爾定律的由來及內(nèi)容,這些是老生常談的話題了,而他的意思就是強調(diào)摩爾定律沒死,只不過現(xiàn)在繼續(xù)推動摩爾定律的是臺積電而非其他公司了(Intel聽到臺積電如此表態(tài)不知道是什么滋味)。

Godfrey Cheng提到了臺積電最近宣布的N5P工藝,這是臺積電5nm工藝的增強版,優(yōu)化了前端及后端工藝,可在同等功耗下帶來7%的性能提升,或者在同等性能下降功耗降低15%。

Godfrey Cheng表示臺積電的N5P工藝擴大了他們在先進工藝上的領(lǐng)先優(yōu)勢,該工藝將提供世界上最高的晶體管密度,還有最強的性能。

N5P工藝還不是臺積電的重點,Godfrey Cheng表示未來幾個月、幾年里還會看到臺積電公布的最新進展,他們會繼續(xù)縮小晶體管并提高密度。

除了先進工藝之外,Godfrey Cheng還重點提到了臺積電在系統(tǒng)級封裝上的路線圖,這也是延續(xù)摩爾定律的一個重要方向,下圖就是臺積電展示的一個系統(tǒng)級封裝芯片,總面積高達2500mm2,是世界上最大的芯片,包括2個600mm2的核心及8組HBM內(nèi)存,后者核心面積也有75mm2。

最后,Godfrey Cheng這篇文章還是給即將開始的Hotchips國際會議預(yù)熱,臺積電的首席研究員Philip Wong博士會在這次會議上發(fā)表“下一個半導(dǎo)體工藝節(jié)點會給我們帶來什么”的演講,屆時會公布更多信息。

AMD執(zhí)行長蘇姿豐:摩爾定律推進明顯放慢

AMD執(zhí)行長蘇姿豐:摩爾定律推進明顯放慢

處理器大廠美商超微(AMD)執(zhí)行長蘇姿豐(Lisa Su)在美西時間8日正式發(fā)表第二代EPYC服務(wù)器處理器,是業(yè)界首款采用7納米打造的服務(wù)器處理器。蘇姿豐表示,超微仍會與臺積電等晶圓代工廠合作持續(xù)進行制程微縮,摩爾定律仍然有效,只是推進的速度變慢。

蘇姿豐強調(diào),要在制程微縮時獲得效能提升,可以透過創(chuàng)新芯片架構(gòu)、異質(zhì)整合平臺、小芯片(Chiplet)系統(tǒng)級封裝等創(chuàng)新方法來達到目標。根據(jù)超微提供資料,7納米Zen 2架構(gòu)每執(zhí)行緒能較14納米Zen架構(gòu)高出32%,其中增加幅度的60%來自于架構(gòu)創(chuàng)新帶來的每時脈周期(IPC)提升,另外40%則來自于提高運算時脈及采用7納米制程。

摩爾定律是否已經(jīng)失效,是近年來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最常被提及的議題。然而2004年90納米推出之后,歷經(jīng)65納米、45納米等制程微縮,至2012年的22納米為止,仍然符合摩爾定律。但22納米到2015年進入14納米,至今再進入10納米或7納米,摩爾定律的推進已經(jīng)明顯放慢。

但制程微縮卻讓半導(dǎo)體生產(chǎn)成本大幅增加,以250平方公厘(mm2)的芯片來看每mm2的成本變化,若以45納米為基準的1,7納米的每mm2成本已接近增加4倍,而若再微縮進入5納米,每mm2成本將增加5倍。然而理論上制程微縮應(yīng)可讓芯片尺寸縮小,但因為功能整合原因,不論是處理器或繪圖芯片,制程持續(xù)微縮反而看到芯片尺寸持續(xù)變大。

在此一情況下,摩爾定律的推進能夠帶來效益提升自然受到限制。蘇姿豐認為,創(chuàng)新芯片架構(gòu)、異質(zhì)整合平臺、小芯片系統(tǒng)級封裝等創(chuàng)新方法,就可以在制程微縮情況下,帶來更多的效能提升或是功耗降低。

以超微第二代EPYC服務(wù)器處理器來看,采用Zen 2創(chuàng)新架構(gòu)并搭配7納米制程,再以小芯片方式將I/O芯片組等異質(zhì)芯片整合在同一封裝中,可達到最高64核心的單芯片。至于異質(zhì)芯片之間則透過Infinity Fabric芯片互連技術(shù)及PCIe Gen 4高速匯流排傳輸協(xié)定,確保處理器及系統(tǒng)本身可達到更高運算效能目標。

莫大康:特色工藝穩(wěn)步推進

莫大康:特色工藝穩(wěn)步推進

近期電子科技大學(xué)張波教授提出“特色工藝將成為中國半導(dǎo)體業(yè)的機遇”,由于有獨特的見解,已引發(fā)業(yè)界的贊許。

特色工藝這個詞有些“新”,但是經(jīng)張波教授的解釋,它原是摩爾定律的三個方向之一,英語叫“More Than Moore”,之前的譯名為“超越摩尓定律”。

張波教授把“特色工藝”稱為“非尺寸依賴”, 是指器件價值或者性能的提升,不完全靠尺寸縮小,而是通過功能的增加。

實際上定律延續(xù)50多年來,半導(dǎo)體業(yè)的驅(qū)動力有兩個,一個是尺寸縮小,另一個是硅片直徑增大,顯然尺寸縮小起主要作用。

由于定律有自身的局限性,在那個時代它只能預(yù)測到晶體管的密度要增加,成本可下降,實際上它無法揭示隨之而來的功耗增大及晶體管的性能提高等。所以近期指出定律的另一個方向,”非尺寸依賴”具有指導(dǎo)意義。

為什么特色工藝成香餑餑

全球半導(dǎo)體業(yè)在2000年時銷售額達2000億美元,至2013年,經(jīng)過13年時間達到3000億美元,然而僅用了4年時間,至2017年時己上升到4000億美元,而2018年達到4700億美元,非??赡茉?020年時達到5000億美元。它反映全球電子產(chǎn)品市場中硅含量的急速提升及價值鏈的體現(xiàn)。

但是從另一方面觀察,由于定律不可避免的趨向物理極限,IC設(shè)計成本的急速飆升,全球能夠繼續(xù)追蹤尺寸縮小的廠商數(shù)量越來越少,導(dǎo)致依賴工藝尺寸縮小的推動力減弱。所以半導(dǎo)體業(yè)界試圖開辟另一個戰(zhàn)場,所謂特色工藝其理在其中。

依業(yè)界的觀點,特色工藝主要指模擬、RF、功率及MEMS,以及近期非?;馃岬?.5D、3D的堆疊封裝等。在未來20年中它非??赡艹蔀橹饕苿恿χ弧?/p>

按現(xiàn)在的認識,特色工藝可能集中于8英寸硅片,及少部分的12英寸硅片中,從工藝尺寸覆蓋可能在28nm以上。顯然這個分界線逐步在改變,在2000年時12英寸硅片剛興起時,這個分界線是90nm。如今8英寸硅片逐步升級也己擴展到65nm。這一切取決于經(jīng)濟因素,因為升級8英寸設(shè)備要投資,以及90nm以下的光刻機需要重新購買,增加了成本。

如果采用8英寸硅片設(shè)備作特色工藝,有它的獨特優(yōu)勢:1),設(shè)備的折舊期已過,節(jié)省成本;2),250nm-130nm工藝相對成熟穩(wěn)定;3),設(shè)備的軟件升級較少受原廠控制等。

張波教授總結(jié)特色工藝具有市場分散,品種眾多、與應(yīng)用關(guān)系強,且無壟斷企業(yè)等特點。

但是仔細羅列全球摸擬,RF,功率及MEMS等全球前十位廠商中,發(fā)現(xiàn)排在前列的都是歷史悠久的資深老廠,如歐洲的NXP、Infineon及STMicron及日本的Sony、東芝、三菱、富士通、瑞薩、及美國的TI、Microsemi、及ON Semi等。其中許多廠商至今仍堅守8英寸,甚至6英寸硅片,但是有舉足輕重的地位。

據(jù)SEMI 2015年數(shù)據(jù),2016年全球8英寸硅片的市場份額,模擬占11%,分立器件14%,邏輯加微處理器21%,存儲器占3%,代工占47%及MEMS加其它占4%。

另據(jù)SEMI 2016年數(shù)據(jù),2017年全球晶圓產(chǎn)能為每月1790萬片(8inch計),其中8英寸產(chǎn)能為月產(chǎn)520萬片,約占不到1/3,其中前十大8英寸廠的產(chǎn)能占總產(chǎn)能的54%。

特色工藝在中國

據(jù)廈門半導(dǎo)體投資集團總經(jīng)理王匯聯(lián)的數(shù)據(jù),2018年中國在建及規(guī)劃Fab產(chǎn)線總共33條,包括21條12英寸線、11條8英寸線,其中特色工藝線16條、邏輯產(chǎn)線9條、存儲產(chǎn)線8條。SEMI數(shù)據(jù)顯示中國晶圓產(chǎn)能2019年占到全球16%,到2020年將增至20%。

其中的趨勢是中芯國際,代工業(yè)的領(lǐng)頭羊,除了在國家資金等支持下,開發(fā)14nm及以下邏輯制程工藝之外,積極擴充它的8英寸產(chǎn)能,包括天津,深圳,寧波,紹興等地,而原本生存得很滋潤的華虹,華潤微電子,士蘭等,卻由8英寸延伸至12英寸,目的都是為了實現(xiàn)產(chǎn)品差異化,跨入特色工藝中。

實際上企業(yè)的決策才是最真實的反映,它們的感覺十分靈敏及深刻。那么多條特色工藝生產(chǎn)線的興建,至少反映現(xiàn)階段它可能適合于中國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的需要。

因為從產(chǎn)業(yè)利益出發(fā),現(xiàn)階段由中芯國際,華力微積極跟蹤14nm及以下邏輯制程,以及由長江存儲做3D NAND閃存,合肥長鑫做19nmDRAM等都是很有必要,首先要解決“0”到“1”的突破問題,具備能力之后才逐步擴充產(chǎn)能。顯然這段路十分崎嶇,投資巨大及周期長,技術(shù)難度高,未來產(chǎn)品市場的競爭力將經(jīng)受考驗。

而絕大部分的中國半導(dǎo)體企業(yè),它們首要任務(wù)是求生存,能實現(xiàn)盈利,所以讓它們?nèi)プ粉櫠?,或者嘗試存儲器的IDM模式量產(chǎn)是不客觀的。所以它們紛紛轉(zhuǎn)向選擇特色工藝可能是必由之路。

分析中國半導(dǎo)體業(yè)在代工業(yè)中8英寸制程與全球的先進水平接近,有一定優(yōu)勢,但是在非邏輯制程中,如模擬、高壓、MEMS、包括IDM模式的產(chǎn)品等方面可能差距較大。

另據(jù)張波教授的資料,采用特色工藝可能有助于提高國產(chǎn)化率。因為中國進口集成電路的均價只有7毛五,不足一美元。其中進口了大量每塊價值達數(shù)百美元的高端CPU,同時也大量進口了不需要先進工藝的分立器件、電源管理IC、微控制器等。因此釆用特色工藝,國產(chǎn)替代的空間非常巨大。

顯然在市場競爭中,對于中國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展不可能有一條“捷徑”,做特色工藝是機遇與風(fēng)險同在。因為對手都十分強大,經(jīng)驗豐富,而我們是“追趕者”,從先天性方面不存在優(yōu)勢,僅僅是由于市場機會多,產(chǎn)品分散,與應(yīng)用結(jié)合強,而中國擁有全球最大的市場,具這樣的優(yōu)勢地位有可能讓我們從中分得一杯羹。

企業(yè)成功的要素取決于市場空間,技術(shù)能力及時機,關(guān)鍵要有一位強有力的CEO。

近期貿(mào)易戰(zhàn)對于中國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的影響不可小視,一個是電子產(chǎn)業(yè)鏈有部分外移出中國,另一個是美國的封鎖持續(xù)加緊等,導(dǎo)致中國半導(dǎo)體業(yè)要維持年均增長率達20%可能有一定難度。不過事物有它的“兩重性”,有時“壞事”也可能變成“好事”,如貿(mào)易戰(zhàn)下促使部分人才加速回流,以及在外壓力下能激發(fā)斗志,更加團結(jié),有可能取得更大的成績。