走成熟特色工艺路线，有哪些创新之道？

在当前的形势下业界共识是，如何在没有先进工艺的情况下发展市场上最需要的成熟工艺、打造特色工艺，并结合架构创新、先进封装等，实现芯片性能的系统级提升。在第29届中国集成电路设计业2023年会暨广州集成电路产业创新发展高峰论坛（ICCAD 2023）上，来自晶圆代工厂、封装企业以及IC设计企业的高管们共同探讨了工艺、技术创新与市场等话题，分享了许多精彩见解。
 

结合本土化需求的晶圆代工与封装

 
荣芯半导体成立于2021年4月，总部位于中国浙江省宁波市，是致力于成熟制程特色工艺的集成电路制造企业。荣芯半导体在江苏淮安和浙江宁波建有12英寸集成电路生产线。公司晶圆制造主要聚焦90-55nm的12英寸芯片生产线，覆盖六大种类芯片制造，分别为CIS、TDDI、功率器件、电源管理、OLED Driver、NorFlash。
 
荣芯半导体投资人包括北京君正、美团、韦豪创芯、元禾璞华、红杉资本、清控银杏、民和投资、鋆昊资本、冯源资本等不少产业投资人。这些投资人已经成功投资了产业链上下游不少的企业。荣芯半导体CEO白鹏表示，资本的投入不仅是资金还是资源，荣芯半导体作为晶圆代工厂在起步之初，某些技术平台可以和大客户深度战略性的绑定，共同在产品端和工艺端进行优化。他说这是荣芯半导体的一个特色，也有利于公司的成长。
 

图：荣芯半导体CEO白鹏

 
 
据介绍，荣芯半导体的宁波工厂处于规划中，预计2025年完工。宁波工厂投产后，也会做比较先进的逻辑工艺，比如40nm甚至28nm都有可能。荣芯未来会打造的几大产品平台包括CIS、BCD、模拟和模数混合等。
 
Tower Semiconductor中国区运营副总裁秦磊谈到，以CMOS角度来看，40nm在国内属于成熟工艺，先进工艺更多是在22nm\14nm以下。成熟工艺与先进工艺很难拿数字节点区分。同样的性能指标，在0.35微米、0.18微米或是12寸65纳米都可以做到。这个参数的衡量已经不是工艺节点，而是频率或噪声系数。以BCD工艺来看，用0.18微米到55nm来做的都有，在晶圆代工厂主要还是看电压、驱动电流和隔离度等参数。
 

图：Tower Semiconductor中国区运营副总裁秦磊

 
诚然，先进节点上国内Fab与国外有差距，即便在模拟方向也有不少空白。秦磊举例说，CMOS图像传感器已经有豪威、思特威、格科微等市占率很高的企业。但像单反类的图像传感器等更高质量的产品还得靠工艺参数。
 
对于竞争的压力，秦磊表示一方面是国际巨头的人工成本贵但单颗芯片成本可以做到极致，国内企业也要把成本尽量做低。二是产品种类的丰富度，把不同规格的产品做全。同时在设计上优化降低成本。
 
TSMC台积电（中国）总经理罗镇球表示，除了工艺微缩本身，更重要的是将很多不同的因素综合考量之后获得最佳的解决方案。通过与生态系统伙伴的长期合作，台积电拥有基础IP和标准库以满足不同客户的设计需求。我们还有设计服务团队，这样的好处是在工艺开发初期可以将客户的设计需求考虑进来，未来还将提前把软件串起来。
 
 

图：TSMC台积电（中国）总经理罗镇球

 
在谈到汽车芯片的发展时，罗镇球认为，汽车电子有着对应各个不同的安全层级的芯片的庞大需求，在制造工艺上也有不同的要求。大陆不少芯片设计公司都在推车规级芯片，但真正落实、考虑安全周全还需要下更大的功夫。
 
摩尔精英自建近5,000㎡快速封装中心和1.5万㎡SiP先进封测基地，为客户提供快封打样/SiP&FCBGA设计生产/量产管理服务。
 
摩尔精英董事长兼CEO张竞扬分析，一家IC设计企业做的车规级产品到了封装阶段，量小且设计复杂，出现这种情况是因为客户在前期芯片设计时虽有技术上的特点但缺乏对芯片整个设计流程以及后面封装、测试等环节的通盘考虑，同时很多公司在初期快速发展时也很难配置一支非常完整的团队来进行通盘考量。
 

图：摩尔精英董事长兼CEO张竞扬

 
摩尔精英在过去五年多时间里帮助客户一共做了1000多颗芯片、4000多个封装，都是第一次就成功交付。之所以如此精准高效，是因为摩尔精英搭建了一支两百多人覆盖芯片从IT CAD研发环境搭建到芯片设计服务到流片技术支持到封装到测试的完整团队。在服务客户的过程中踩过很多坑，也都成为服务客户的宝贵经验，避免客户犯错。同时磨合了非常多优质的供应商，与供应商之间频繁的互动合作，也能帮助我们及时了解供应商的产能及技术变化。
 
张竞扬表示，芯片行业进入到效率时代，过去追求做大做多，现在追求做好做强，芯片公司/创业团队的产品效率成为这里面最关键的指标。为了实现更快的产品效率，摩尔精英通过搭建一站式芯片设计和供应链平台，助力客户实现高效的芯片研发到量产，我们目标是成就客户，让中国没有难做的芯片。
 

端侧AI的架构创新与产业生态

 
炬芯科技的智能音频SoC芯片在智能手表、蓝牙音箱、蓝牙耳机等智能终端领域取得了不错的成绩。在采访中，炬芯董事长兼CEO周正宇明确提出端侧AI正在改变智能终端的未来。
 

图：炬芯董事长兼CEO周正宇

 
周正宇说，AI的应用在端侧所有已知的应用和品类都会人工智能化，传统算法将被深度学习或其他神经网络技术来替代，以达到更好的体验，比如降噪、语音识别等。同时，AI还会延伸出更多新的功能、品类和体验。无论如何AI必将从云端走向端侧。
 
以炬芯的产品架构来看，目前以“CPU+DSP”的双核为主，未来炬芯会整合低功耗 AI 加速引擎，即形成CPU+DSP+NPU（based MMSCIM）三核异构的AI SoC架构，为便携式产品提供更大的AI算力。MMSCIM即“Mixed-Mode SRAM based CIM”，属于模数混合的存内计算，其优势是精度无限，具有良好的PPA，可靠性和量产的一致性非常高等。
 
数据显示，MMSCIM基于已经实现的Testchip测试和估算结果，在22nm工艺下能效比能达到7.8TOPS/W，接近使用7nm先进工艺实现的传统架构NPU；MMSCIM预计在16nm下能效比能达到15.6TOPS/W，高于7nm先进工艺下传统架构的NPU。
 
周正宇表示，智能手表是唯一一个适合长时间佩戴且紧贴皮肤的装置，手表的AI化十分有必要，它可以用来进行健康监测，监测心率、血压、血氧等，作为日常健康管理的助手。特别是结合边缘AI，借助专业医学知识，对监测数据进行判断，为医疗提供协助。
 
不过，我们也应当看到现在芯片设计大多重视硬件，往往生态建设上比较乏力。周正宇说道，就比如TensorFlow与算力之前其实中间还间隔了很多层，或者说工具，那么如何来做好这些工作，是需要生态伙伴共同来完成的。炬芯也会为AI生态建设持续贡献力量。
 
在产业链生态建设上，白鹏认为就像英特尔X86架构的成功离不开终端应用的驱动，当时正值PC电脑的兴起。同样的，ARM架构崛起也得益于智能手机时代的到来。如果我们要引领一个新的架构，就意味着要打造一个强大的应用生态。
 

市场研判

 
对于市场景气度的情况，罗镇球分析库存的消化已经有所改善，但客户对消费者的信心不够，这是全球共同面对的问题。不过，所有领域都更加需要半导体，它的含量、数量和价值都在不断提升，因此半导体行业持续高速发展的趋势不会改变。
 
白鹏表示，半导体行业的发展处于周期性波动，前几年芯片库存多需要时间来消化，但晶圆代工更着眼于工艺技术，看到的是行业中长期的需求。如今业界共识行业的景气度已经触底，乐观估计明年上半年会开始反弹。在地缘政治和产业链重组的背景下，成熟工艺并没有受到太多限制，反而国产化的需求之下，成熟特色工艺的市场机会在增加。国内晶圆代工厂若能不断升级成熟节点特色工艺的制造，那么有望获得更多国内设计公司之前向国外工厂流片的转单效应。
 
秦磊认为，经历了市场最差的时期，明年整体向好但不会太好，整个市场在去年下半年以来主要是消费类市场在下滑，工业和汽车类市场虽不是迅速爆发期，但将逐渐步入稳定期。中国IC设计公司可以更多投入到产品的精准定义和高性能的研发当中，利用上下游的资源做出更多更好的产品。