从车规级芯片设计制造，三重富士通给出中国集成电路设计升级的策略

刚刚闭幕的ICCAD 2017上，一组数据再次让中国集成电路(IC)设计惊艳了业界——2017年中国IC设计全行业销售收入预计为1945.98亿元，同比增长28.15%!根据《国家集成电路产业发展推进纲要》要求，到2020年中国集成电路产业设计业的销售总额要达到3500亿元人民币，这已然凸显了1500亿元的增长“小目标”。要继续保持高增长，无疑中国集成电路设计需要开拓更多更高的技术和市场，而其中随着中国成为全球汽车制造大国，汽车半导体市场的份额也将不容小觑。

研究机构IC Insights的最新半导体产业驱动因素报告表明，相较PC、通信、消费电子等领域，汽车半导体市场至少在2021年之前都将是增长最强劲的芯片终端应用市场，2017年车用IC销售量将增加22%，明年将继续成长16%!这一强劲增长市场，也是同期参展ICCAD 2017的三重富士通半导体股份有限公司所极为看重的领域，车用集成电路代工是该公司最重要的代工市场之一。

图1：三重富士通市场部部长罗良辅分享车规级芯片制造开发与质量管理方案

“新能源汽车、自动驾驶等产品升级对芯片的质量提出更严苛的要求，芯片设计能力、IP资源以及车规级芯片Foundry工艺的稳定性也成为关键所在。”三重富士通半导体股份有限公司市场部部长罗良辅在ICCAD 2017同期举行的“FOUNDRY与工艺技术”专题论坛演讲上指出，“作为一家全球领先的晶圆代工企业，我们看好中国汽车设计与制造前景，三重富士通半导体希望扮演推动中国IC设计产业高速增长的推动力!”

借Foundry之力助升级芯片设计

如今车联网与自动驾驶领域风起云涌，产品形式及应用功能呈现多元化发展，如车机中控、智能后视镜、胎压监测、ADAS雷达等。这些车规级终端应用市场“全线开花”的背后，是中国IC设计行业不断涌入新玩家，进军传感器、低功耗MCU以及无线连接等多元化芯片方案领域的结果，这也从ICCAD上报告的中国共有约1380家IC设计企业的说法中得到印证。

图2：三重富士通已实现55nm制程AEC-Q100 Grade1/2标准的LSI平台

“汽车芯片设计生产，功能安全是首要的要求，因此芯片的高质量和高可靠性非常重要。我们认为确保从设计到芯片流片全程的高质量，芯片设计与后端代工协作极其关键。” 罗良辅指出，“我们为客户提供汽车级 LSI开发环境，包括经过市场验证的AEC-Q100 Grade 1/2/3 IP、ISO26262 IP、5V I/O支持、精准的PDK、汽车DFM、嵌入式的存储技术，等等。”

据罗良辅介绍，三重富士通历史沿袭以及通过合作购买等拥有大量汽车级IP可供客户调用。“这些IP包括极高节能优势的DDC技术、嵌入式存储技术(eNVM)、，以及对设计经验要求极高的RF系列IP。”罗良辅指出，“例如自动驾驶功能中应用非常广泛的图像处理器(ISP) ，全球很多主要的芯片都是由我们代工。在汽车雷达方面，三重富士通也有自主研发的技术/IP，并与富士通研究所合作研发、使用CMOS技术制造毫米波段的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)技术。”，三重富士通已准备好毫米波的Process Design Kit(PDK)，也将成为在车载雷达研发上也极具竞争力的工艺产品。

图3：三重富士通强调与客户建立紧密的协作模式

据悉，三重富士通当前的工艺覆盖了从40-90nm节点的低功耗CMOS技术，提供独具特色的eNVM、RF工艺选项、毫米波射频技术。这些对很多车规级集成电路来说非常重要。“三重富士通本身拥有丰富的基础IP库，我们还加强了与Synopsys、Kilopass、Faraday等在基础IP上的合作，全面解决物联网芯片制造上的IP资源需求。” 罗良辅强调道，“这些资源对于合作客户来说都是非常重要的支持，我们希望与中国企业接触，在他们设计的早期提供支援。”

有意思的是，作为原富士通集团内部的IDM配套制造产线，独立作为专业代工企业仅仅三年的三重富士通其实已经是行业资深老兵——拥有30年以上制造经验，其中55nm制程已经十分成熟，如55nm制程打造的AEC-Q100 Grade1标准LSI平台已被众多客户采用，同时40nm工艺相关制程也在量产中。“三重富士通不仅拥有ISO26262认证的知识产权专利，更拥有车规级DFM(Design For Manufacturability)方案、高精准PDK(Process Design Kit)以及高精准SPICE模型等面向汽车行业的LSI设计环境，以确保高质量与稳定性并存的晶圆代工制造水平。” 罗良辅指出。

图4：三重富士通拥有众多解决方案以应对不同芯片的制造需求

多维度策略并行，良率93%+的“三重式”质量管理

“在满足各类芯片的制造需求以外，三重富士通更提供车规级芯片质量管理方案与BCM(Business Continuity Management)防灾应急措施，以确保对客户订单的持续供给。这一系列的服务是三重富士通晶圆制程良率高达93%的重要基础。”罗良辅特别指出。

图5：三重富士通配备业界领先的工厂自动化系统MES

三重富士通具备业界领先的芯片制造管理技术，如Lot/晶圆追踪、Preferred tools、WAT管理、缺陷率归零目标等。在车规级芯片质量管控方面，除了常见的AEC-Q100标准、-40~125℃工作温度以外，更有车规级标准对应的CPK(Capability Process Key)强化(注：三重富士通达到CPK≧1.67)以及优化SPC调控等。

图6：三重富士通为车规级芯片制造提供质量承诺

在BCM防灾措施，特别是地震应对措施方面，三重富士通是半导体制造行业中首家采用了混合隔震结构(AVS)的工厂，在建筑物与地基之间设置了三道隔震装置，包括板式橡胶支座、刚性滑动轴承以及油减震器，在正常状况下可将微震的影响控制在最小限度。除此以外，三重富士通更部署了NAS电池、Li-ion capacitor(LIC)双回路电源供电与设置LNG(液化天然气)辅助基地等设施，实现厂区的无间断供电，保障工厂的稳定性连续生产。

罗良辅称：“为了最大限度地确保厂区功能安全与人员生命保障，三重富士通对高质量与高可靠性的生产需求始终摆在第一位。”他总结道：“依照ISO14001规定在奉行‘环保工厂’的同时，三重富士通确立了ISO9000系列以及基于汽车ISO/TS16949认证的质量保障管理体系，并在BCM防灾措施上部署对应措施，从而能够持续、高质量地输出35,000片/月的12寸晶圆产能!”

开启晶圆代工“共享经济”模式

据业内媒体报道，相比以往第四季度的传统投片淡季，近期不断有芯片厂商向上游晶圆代工厂增加投片量的需求，折射出2018年晶圆代工产能恐仍供不应求的状况。其中，SEMI(国际半导体产业协会)分析指出，物联网与汽车电子是推动晶圆需求的主要推手。而另外一面，据悉中国当前约1380家IC设计企业中，占总数88.62%的企业则是人数少于100人的小微企业。“对IC设计的中小企业而言，过高的流片成本对其而言是一笔必不可少、但又负担很大的支出。”罗良辅称，“这在影响中小企业测试验证其芯片的同时，也无形中拖延了产品的上市时间，甚至会出现资金回流的问题。”这时，“共享流片”概念的提出为解决这一需求提供了可能性。

“Shuttle service是三重富士通面向中小型IC设计企业推出的灵活流片服务。”罗良辅表示，“这一大批中小IC设计厂商的需求是长期存在的，三重富士通看到了这一点需求，因而顺应市场需求推出该项服务。” Shuttle service是三重富士通推出的一项采用55nm以及40nm的CMOS技术实施的MPW(Multi Project Wafer)试验性服务，通过多名客户共享掩膜与晶圆的方式实现芯片的低成本制作，。“Shuttle service通过灵活地安排流片排期，提供流程化的完整流片服务，从而最大限度地满足多名客户的需求。三重富士通自成立以来，其晶圆代工服务即有口皆碑，我相信这会成为中国、甚至全球客户的优先选择。”罗良辅在演讲结束之际这样说道。