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專家話析：成本上升，芯片製造何去何從？

發布時間：2014-11-17 責任編輯：sherryyu

【導讀】隨著芯片製造成本的不斷上升和複雜性的不斷增加，使得今年成為了半導體產業合並和尋找替代性技術創記錄的一年。工程師們在IEEE S3S會議上肯定聽說了許多的合並傳聞，包括絕緣矽、亞閾值電壓設計、單片3D集成以及行業重組等。

　　

今年到目前為止芯片公司已經完成了23筆收購交易，這要比過去兩年的總和還多，摩根士丹利公司半導體投資銀行全球負責人Mark Edelstone透露。他同時預測今年的全球並購交易總值很可能從174億美元增加到近300億美元。

　　

"情況真的是破記錄了。"他指出，並提到了至今較大的整合案例--英飛淩和國際整流器公司以及安華高和LSI公司。"這個趨勢將繼續，今後幾年將是非常繁忙的並購時期。"

2014年發生的半導體並購交易量已經超過過去兩年的總和

圖1：2014年發生的半導體並購交易量已經超過過去兩年的總和。

　　

較低的資本成本正在所有行業掀起並購浪潮，而製造芯片成本和複雜性的上升助推了半導體行業的並購。製造一個20nm芯片的成本需要5300萬美元，製造28nm芯片的成本是3600萬美元，到16/14nm節點時成本還將出現質的飛躍，Edelstone表示。

　　

"在這樣的投資規模下要想賺錢需要非常大的市場，這對半導體行業的發展將帶來巨大的影響。到16/14 nm的FinFET時代，每個門的成本還將上升，這將顯著地改變半導體行業現狀--事實表明，規模決定成敗。"

　　

多位發言人一致認為單個晶體管的成本在整個行業中還在不斷上升。不過Intel公司在今年9月份透露，其14nm FinFET工藝將支持更低的每晶體管成本。

　　

14/16nm FinFET節點代表了今後發展的主流方向，但完全耗盡型和特薄絕緣矽工藝也有機會，GlobalFoundries公司產品經理Michael Medicino表示。

　　

一些對成本敏感的移動芯片因為成本原因會避免采用14nm和10nm FinFET節點，而且時間可能長達4至6年。絕緣矽(SOI)提供了另外一種替代方案，它可以達到20nm塊晶體管的性能，成本則接近28nm聚合物晶體管，不過他認為在市場壓力下所有塊晶體管成本還會進一步下降。

　　

Mendicino預計絕緣矽替代技術在今後三年中可能占據10%的代工業務份額，不過他強調這隻是猜測。"三年後再問我吧。"他不無俏皮地說。

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在一次單獨的交談中，聯發科公司高性能處理器技術總監Alice Wang介紹了亞閾值設計的例子。他們的雄心壯誌是推動芯片達到漏電流和動態能量交彙的最小能量點，這是在她的博士論文和ISSCC 2004論文中提出的一個概念。

工程師們已經向這個艱巨的目標努力了近一年。他們接下來麵臨的挑戰是提供仍然能夠完成有意義的工作、可靠並且具有最小開銷的芯片，Alice指出。

　　

daguimobingxingjiagoukeyibangzhutigongchaodigonghaoxinpianzaimeitichulirenwuzhongyousuozuoweisuoxudexingneng。shixushoulianfangmiandexinfangfayuxingongjukeyijiejueyixiekekaoxinghekaixiaowenti，tabiaoshi。

　　

"我認為現在是超低電壓(ULV)成為我們日常生活一部分的時候了。"她在提到發展中市場出現的可佩戴和設計問題時指出。"世界上還有大約13億人還沒有電力供應……因此能量是新興市場麵臨的真正關鍵的挑戰。"

下一代絕緣矽能以28nm聚合物晶體管的價格提供20nm的性能

圖2：下一代絕緣矽能以28nm聚合物晶體管的價格提供20nm的性能。

　　

此次大會的組織者Zvi Or-Bach特別提到了會議期間舉辦的兩次小組討論會，會中討論了如何擴展目前正在最新閃存芯片中采用的單片3D設計種類。

　　

在其中一個討論會中，來自CEA-Leti公司和意法半導體公司的研究人員介紹了單片3D集成技術，這是應對2D芯片縮放不斷上升的成本而開發的一種替代性技術。他們在一個FPGA案例研究中發現，這種技術與傳統堆棧結構相比可以減小55%的麵積。研究報告中寫道：

　　

單片3D集成技術旨在按上下順序一個接一個地處理晶體管。然而，它的實現麵臨著許多挑戰，比如能夠在溫度低於600℃的情況下實現高性能的頂部晶體管、以便在頂部堆棧式FET製造過程中防止底部FET出現性能劣化……固定相位外延再生長已證明其效率包含600℃左右的熱預算，而且向下變化時也有望具有高效率。

　　

另外，EV Group和尼康公司代表分享了用於綁定和對準係統的新功能細節，它們能夠避免當前3D芯片堆棧中使用的矽通孔的高成本和高複雜性。

　　

EV Group公司介紹了綁定對準精度為200nm或以下的一個演示例子。Nikon介紹了一種新的EGA精密晶圓綁定技術，"它可以獲得好於250nm的穩定度和更高對準精度……可以用來製造未來的3D IC，如DRAM、MPU和圖像傳感器。"

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