集成電路領域幾個值得關注的動向

　　2015中國集成電路產業促進大會上，清華大學教授、核高基重大專項技術總師魏少軍博士從五個方面詳細闡述了全球集成電路產業的狀態、值得關注的動向以及未來半導體公司的發展趨勢等。

　　1、集成電路產業步入成熟期

　　全球半導體產業進入成熟期，顯著的四個標志在于風險投資大幅下降，IPO公司數量減少，上市公司數量減少，同行激烈競爭加劇，技術、市場、人才等資源相大企業集中的趨勢愈發明顯，強強聯合成為新常態。

　　全球半導體產業并購正在加劇，不少領域已形成2-3家企業壟斷的局面。截至現在，全球半導體產業并購金額達1021億美元，而中國半導體參與的并購項目僅有62.85億美元。這輪并購與以往不同的地方在于，除收益增長、典型的產業邏輯、戰略擴展、投資整合外，中國因素成為影響并購的主要動因之一。

　　平面體硅工藝技術遭遇挑戰，FinFET技術以其特有的架構和工藝得到了行業認可。工藝節點以65nm、32/28nm、16/14nm、7nm的大節點和45/40nm、22/20nm、10nm的“小”節點現象持續發展下去。

　　今年是摩爾定律發現五十周年紀念，加州理工工程學和應用科學名譽教授卡弗·米德說過，“摩爾定律不是一個物理定律，它是人類本性的一個定律，人們知道什么在物理上是可能實現的，而且對之深信不疑。戈登和我一起共事，摩爾定律徹底改變了我們的生活?！?/p>

　　摩爾定律對于科技的變化是數量級的，具有一定的社會意義。前英特爾公司高級主管比爾·戴維德說過，“由于摩爾定律，我們將會重建所有的物質性基礎設置?！蹦柖蛇^去數十年一直支持微電子技術過去50年中按照2n的速度快速發展。

　　IBM最近公布7nm工藝測試芯片，這顆芯片的推出告訴我們價格的發展和科學技術的發展仍然強勁。那么摩爾定律還能持續多久?

　　胡正明教授認為，“企業為了掌握更高的市場份額、擊敗競爭對手，必須要拼命把產品性能翻一番甚至兩番，這些都是可以理解的，也正是它們的努力使得電子產業取得了如此的高速發展。...然后，沒有哪一種指數增長是可以一直延續下去的。...但那可能是更好的結果。與其燦爛無比的又一閃而逝，穩定而緩慢的增長顯然是更好的?！?/p>

　　在延續摩爾定律的方向上有 5nm光刻技術，在拓展摩爾定律的方向上有異質器件系統集成技術，如果你是做芯片封裝的會非常關注，如何將異質器件封裝到一起。在后CMOS技術上，世界首枚分子級晶體管問世，進入亞納米尺度后，晶體管的工作原理將發生根本性變化。在碳納米管晶體管上，IBM研究人員發明了移動電子的技術，有助于半導體產業急需生產更快、效能比更高、集成度更高的芯片。

　　2、半導體技術持續進步

　　目前主要代工廠的工藝進步節點如下圖

　　過去40年中，CPU總是采用最先進的工藝，保證摩爾定律長期有效，對持續提升CPU的性能和能量效率至關重要。工藝技術進步一代，性能提升40%，功耗下降50%，能量效率提升2.8X;現行CPU架構下，進一步提升能效的途徑除了采用多核和眾核架構外，工藝仍然是決定性因素。

　　目前半導體存儲器DRAM正面臨兩大挑戰，一方面電荷量下降，可靠性變差，另一方面在容量增加的同時，刷新功耗上升。半導體存儲器領域呈現了幾大新技術：STT-MRAM技術的挑戰在于如何降低臨界電流密度;3D NAND Flash對于提高容量、提升儲存效率大有好處;最令人振奮的便是英特爾和美光推出的Xpoint技術，采用PCM，具體材料組成未知，具有非揮發性，速度比DRAM稍慢，但比NAND Flash快1000倍，可用于CPU的二級緩存，由于不需刷新，功耗大幅降低，密度極高(二層可達128Gb)，對計算機將產生深遠影響，不僅影響硬件架構，而且將影響到軟件的編程模式。

　　目前工藝技術已邁入10nm量級，集成電路亟待架構創新。專用集成電路面臨嚴峻挑戰，一顆芯片研發投入高達1.5～2億美元，需要銷售3000萬顆以上才能收回成本。可重構計算被公認為是兼具高能量效率和高靈活性的突破性集成電路技術，未來將成為可重構計算芯片的主流。

　　3、系統整機公司強化集成電路產品研發

　　經過多年的分工合作發展后，系統整機廠商正在重新開始自研核心芯片，這一變化將對全球集成電路產業生態的發展產生深遠的影響。從圖表中可看出，蘋果6.15億美元的研發投入獲得69.82億美元的產出，華為2.57億美元的投入，獲取21.68億美元的產出。這極大的鼓勵了其它系統整機廠商投入到芯片研發中來，并通過自行研制核心芯片，最大限度的保證其整機的競爭力。

　　系統整機自研芯片的占比從2010年的不足4%到2020年的14%，相當一部分半導體廠商逐漸轉型，逐漸向整機廠商靠攏。中國目前消費芯片主要來自于國外廠商，從2014年的1/3，到2020年后，這一數據占比將下降至50%。

　　4、全球集成電路產業可能進入新一輪調整

　　WSTS報告指出，2015年上半年全球半導體銷售額1671億美元，同比增長3.6%。由于市場需求疲軟，2015年7月全球半導體市場銷售額比2014年7月時下滑0.9%;并較今年6月的279.9億美元降低0.4%。由此預測2015年很可能成為芯片市場地成長、或零成長，甚至是衰退的一年。從地區市場來看，中國、亞太地區與美洲地區的年銷售量增加，但歐洲(-12.5%)與日本(-13.3%)卻大幅衰退，部分原因是受到貨幣貶值的影響。

　　IC Insights預測2015年全球IC市場衰退1%，主要產品銷售情況不容樂觀：

　　1)PC市場增長出現大幅下調，預計2015年生產數量將下滑8.7%;

　　2)智能手機與平板電腦在內的市場增長都已向下調整。在iPhone 6與iPhone 6 Plus強勁表現的帶動下，蘋果的iPhone仍為最大亮點，其單位增長率或者平均售價都上漲強勁。不過高端安卓智能手機表現不佳，中國智能手機市場普遍疲軟;

　　3)可穿戴設備的產業規模持續增長。然后在2019年以前，用于可穿戴設備的處理、感應與通信芯片的營業額將只占整體半導體營業額的1%;

　　4)DRAM仍然是整個半導體行業的主要增長動力。繼2014年增長32%后，2015年DRAM營業額有望增加3.8%。但Gartner預測由于新的需求成長局限性以及技術遷移持續演進，2016年市場將出現過度供給或需求不足的狀況。2016年DRAM產業營業額可能下滑17.4%，到2017年將再減少7%。

　　5)強勢美元導致全球IC市場銷售額下降3個百分點;

　　6)今年以來以美元計價的IC平均單價下降5%。

　　——Gartner、WSTS、WSC、IC insights報告

　　中國集成電路產業1-9月統計數據顯示，中國集成電路產業銷售額為2540.5億元，同比增長19.5%。其中，設計業銷售額為941.3億元，同比增長26.1%;制造業銷售額605.7億元，同比增長24.6%;封裝測試業銷售額993.5億元，同比增長11.2%。

　　5、對幾個基礎問題的思考

　　基礎材料方面更加重視多學科融合及協同，以“電子+材料+物理“共同發展的形勢協同進步。在器件結構上聚焦亞納米尺度，體硅平面結構已經終結，3D結構將是硅基終極技術，亞納米尺度晶體管將是全新的材料和全新的工作機理。在電路架構，變結構集成電路將以軟硬件雙編程、軟件定義芯片為主。

　　半導體存儲器將一路沿著BiCS技術演進，3D-NAND、Xpoint和Re-RAM都是未來可關注的存儲器技術，以Cross-Point架構，重視材料、應力、散熱等方面。

　　工藝、設計上將更加關注企業間的緊密合作，現如今“中芯國際+高通”，“華為+聯發科”都是業內的典范。

　　6、總結

　　摩爾定律還在延續，但遇到諸多挑戰;整機企業再次青睞芯片研發，必將引發芯片設計業和制造業新一輪的調整;全球集成電路產業將進入調整期，我國也不能幸免;集成電路的發展需要電子、材料、物理等多學科融合和協作，器件、電路、材料等多種基礎技術盼望突破;擁有戰略的判斷力、戰略的預見力、戰略定力和戰略的執行力是中國半導體產業贏得發展的關鍵。