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  • 瞬息万变的半导体战场，台积电支撑行业变革

    英特尔自1968年创立后一直处于全球半导体的领军者地位，但在2020年7月24日，英特尔宣布7纳米制程延迟，或将委托第三方代工厂。消息一出，英特尔股价次日重挫16.2%，被传为其代工方的台积电股价大涨。台积电已于7月16日以3063亿美元的市值荣登全球半导体企业榜首，消息一出，其市值继续暴涨420亿美元。而英特尔竞争对手AMD股价涨幅亦达16.5%。 全球半导体格局要变天了吗? 一、垂直整合趋向垂直分工，美中是最大供需市场 半导体行业隶属电子信息产业，属于硬件产业，是以半导体为基础而发展起来的一个产业。过去70年，作为资金与技术高度密集行业，半导体行业最大的发展趋势是产业链垂直分工模式日趋成熟，产业链更加细化。 20世纪60年代，英特尔和三星等半导体企业都是IDM运营模式(垂直整合)，这种模式涵盖设计、制造、封测等整个芯片生产流程，具有规模大、技术全、积累深的三大特点。 当时代变革，技术升级要求不断加快、产业生产效率不断提升，半导体产业趋势在上世纪80年代开始出现大变革，逐渐向设计、制造、封装、测试分离的垂直分工模式发展：一是将相对轻资产的设计和重资产的制造及封测分离，有利于各个环节集中研发投入，加速技术升级变革，给新玩家一个进入行业的切入点，例如技术水平较低的封装检测、设计突出的Fabless(单设计)模式等;二是随着技术升级的成本越来越高以及对集成电路(IC)产业生产效率的要求提升，垂直分工模式大大提升了整个产业的运作效率。 纵观前十大半导体企业变化，行业发展趋势一览无余。上世纪90年代，全球半导体公司大多是日本公司，前十大企业中占据50%，全是IDM公司;2016年，前十大半导体企业中出现了高通、博通等设计公司，表明晶圆代工+设计公司的发展模式在数字逻辑集成电路领域中取得了巨大成功。受益于数据中心服务器带来的火爆内存芯片需求，三星电子在2017年和2018年一度超越了英特尔，保持了全球半导体销售冠军。 从国家视角看，美国半导体企业占据了全球份额的半壁江山，中国是全球和美国最大的半导体需求市场。在“高利润+高研发投入”商业模式的推动下，2019年美国在全球半导体行业的市场份额高达47%，并在EDA软件、IP、半导体设备、芯片等产业链环节均处于领先地位。根据美国半导体行业协会(SIA)和世界半导体贸易统计协会(WSTS)数据，2019年中国占全球半导体销售额的35%，而美国半导体公司在中国的市场占有率达到48%，2019年高通、Microchip、镁光、Qorvo等美国半导体大厂在华收入占比均超过50%，中国市场的半导体需求是美国半导体公司收入的重要来源。 二、英特尔仍处龙头，但危机四伏 从营收和净利润情况看，英特尔在半导体企业中还是处于强势龙头地位，2019年营收高达720亿美元，净利润为210亿美元，超越此前蝉联榜首的三星电子，重返世界之巅。短期来看，英特尔一方面凭借长期的技术积累，采用Tick-Tock策略，在中央处理器(CPU)领域形成了霸主垄断地位;另一方面通过超高的毛利和净利水平，多次并购FPGA、AI等企业多元化产品布局，短期内AMD和英伟达等追赶者很难从总量层面超越。 不过，英特尔虽仍处龙头地位，但面临的挑战日趋加大。究其原因，主要有两方面： 其一，主营个人电脑业务的英特尔对智能手机发展趋势出现战略判断失误。智能手机是近十年及未来十年移动互联时代最重要的终端之一，也是继计算机之后含硅量最高的产品之一。英特尔显然没有坚定地提前于时代做战略调整。2010年前后，智能手机在全球范围内加速普及，受到智能手机的冲击，2012年之后英特尔的桌面CPU出货量也开始不断下滑，营收增速明显降低。 其二，英特尔始终坚持IDM模式，不愿意顺应时代变化做代工生意。数十年来，微软Windows和英特尔CPU的强强联合在X86架构PC时代取得了巨大成功，英特尔的IDM模式利润率比AMD的Fabless模式和台积电的Foundry(单制造)模式高得多，因此英特尔不愿改变高利润率的收入模式。 与此同时，作为微处理器赛道英特尔的传统追赶者，AMD于2016年在CPU技术方面持续发力，抢夺英特尔市场份额，并将晶圆代工外包。在新任CEO苏姿丰的带领下，AMD首度推出RyzenCPU系列，与英特尔CoreCPU开始正面竞争。2018年，AMD7纳米制程处理器研制成功，销量大幅提升，市场占有率也逐年提高。同年AMD将7纳米晶圆交由台积电独家代工。根据数据调研公司MercuryResearch的数据，AMD的PCCPU市场占有率在2019财年第四季度达到18.3%。 这一趋势体现在市场份额和资本市场上。AMD的全球份额在2016年时已不足10%，尤其是在更强调性能的服务器市场，英特尔巅峰时全球市场占有率高达99%，AMD不足1%。而在资本市场上，AMD股价从2006年开始下跌，到2015年9月时触及不到1.6美元的低点。2020年7月28日，AMD发布的2020年第二季度财报显示，AMD营收为19.32亿美元，比去年同期增长26%，比上一季度增长8%;净利润为1.57亿美元，比去年同期增长349%。AMD的股价已经从2015年7月最底部的约1.6美元，上涨到2020年7月28日的74.6美元，增长40多倍。 人工智能热潮下，新晋挑战者英伟达也来势汹汹。英伟达是近年来在英特尔主导的服务器芯片市场上唯一取得快速增长的公司，虽然目前英特尔数据中心业务年营收超过200亿美元，但英伟达把握住了大数据时代对于视频数据处理的需求爆发，尤其是消费端短视频的大量普及，让图形处理器(GPU)在数据中心的地位日益上升，或将成为英特尔的有力竞争者。2020年7月8日，英伟达股价收于408.64美元，总市值达到2513.14亿美元，首次超越英特尔。 短视和贪婪，让英特尔继续沉溺于高利润率无法自拔，错过了智能手机发展的红利期。虽然后知后觉的英特尔2013年开始“大船转向”，任命布莱恩·克尔扎尼奇来扭转逆势，一方面推动凌动(Atom)SOC来占领智能手机和平板电脑市场;另一方面利用垄断地位不断提高CPU单价，以维持营收增长和高利润率，但生于忧患，死于安乐，高科技行业需要永无止境地推进技术进步，一旦创新精神有所懈怠，诺基亚式的大溃败将在所难免。 三、晶圆代工：台积电市值登顶全球，支撑行业变革 作为全球最大晶圆代工厂和苹果公司主要供应商，台积电在全球芯片代工市场上占据了一半的份额，是行业领头羊，三星以20%的市场份额排名第二。 由于良率更高、生产周期更稳定，台积电几乎独享了7纳米制程领域的所有订单，且定价权极高。在此背景下，2020年第二季度台积电净利润暴涨81%，创下六年来最大利润纪录，同时二季度占全球代工市场份额的51.9%。7纳米和16纳米工艺依然是台积电营收的主要来源，其中7纳米工艺占台积电该季度晶圆销售额的36%，其先进的3纳米工艺制程也将于2021年下半年风险量产，2022年下半年量产，3纳米相比5纳米工艺将带来70的密度提升，20%~25%的功率提升。 英特尔宣布7纳米制程工艺将延后6个月，从而导致英特尔未来几款图形芯片和计算机处理芯片无法及时上市。英特尔的7纳米进展不顺利将增强台积电在晶圆制造领域的领先能力。除此之外，英特尔CEO称英特尔可能会在未来外包自己的芯片制造业务，而台积电作为晶圆代工领域的龙头有望拿下来自英特尔的订单，可能会使台积电在未来的资本支出继续扩大。作为半导体产业链的风向标，台积电的扩产会将自身景气传导给下游半导体封测市场，从而进一步刺激半导体封装设备的需求。 在此背景下，台积电股价已从3月的年内低位拉升逾70%，7月16日台积电以总市值3063亿美元荣登全球半导体企业榜首，三星其次，英伟达、英特尔、博通分列第三至第五位。 总之，半导体市场就像瞬息万变的战场，巨头的战略失误可能会引发局势的颠覆。竞争优势在制造工艺的英特尔，却在技术方向选择和执行力上连续犯错，而台积电的快速发展，成为了可以支撑AMD和英伟达反超英特尔的支点。 一方面，AMD和英伟达可以发挥Fabless模式优势，继续加强和台积电的深度绑定和合作，利用最先进的工艺和Fanout等先进封装技术，加快提升产品性价比;另一方面，两者针对细分领域与英特尔在通用计算领域实现差异化竞争。 AMD和英伟达已经有针对性地加强对机器学习、加密货币挖掘、智能汽车等专用芯片的布局，以期在未来新的赛道能向英特尔发起挑战，全球半导体行业的剧变正在孕育之中。

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  • 中国企业与尼康、佳能共同研发光刻机

    光刻机作为芯片制造最重要的设备，目前在全球市场上都是稀缺资源。在光刻机设备市场上，尤其是EUV光刻机设备，几乎被ASML垄断。全球光刻机出货量99%集中在ASML、尼康和佳能，ASML份额最高。由于美国的技术封锁，我国收购ASML技术几乎毫无可能，那么同样有高端EUV光刻机技术的日本尼康和佳能是否可以合作共赢? 除华为外，国内晶圆大厂半导体进口设备也遭断供，另据路透社报道，美国正考虑对半导体制造设备及相关软件、激光器、传感器等技术的出口进行新的限制，美对我半导体产业的打压已有蔓延之势。而芯片制造始终是我国半导体产业的薄弱环节，唯有突破光刻机技术，才能掌握芯片自主。 一、自主与合作 光刻机被誉为“半导体工业皇冠上的明珠”，要造出造芯片的机器，并不是一件容易的事，它不仅仅是拥有约10万个零部件般复杂，也不仅仅是集合了数学、光学、流体力学、自动化、图像识别等10余个领域般综合，还要都是顶级的，一个技术突破不算突破，全部突破才算整体前进一步，这是最难的。 说阿斯麦光刻机代表西方制造工业的最高水平并不为过，一台最先进的EUV光刻机，镜头来自德国卡尔蔡司，大功率光源来自美国赛摩，精密加工技术来自瑞典，浸没双工作台来自荷兰，特殊复合材料来自日本等等，在阿斯麦供应商中有很多隐形冠军，它们可能并不太知名，但无法忽视的是，这些几乎都是同行业中的佼佼者。 如果说在某一个领域做好或许不是难事，比如中微公司2017年就成功研发出了世界上第一台5纳米刻蚀机，但这并不代表国内芯片制造工艺达到5纳米水平，到目前为止最先进的国产光刻机仅为90纳米，最薄弱的环节才代表真实的水平，国产光刻机要出头，势必要做到与阿斯麦更接近的水平，但也意味着要在细分领域全部做好。 谁也不是三头六臂，神通广大，造好光刻机，除了发展自主技术，开放合作是很有必要的。 二、日经递橄榄枝 最近日经新闻有一篇关于中国半导体产业的报道，文章指出，随着美国的封锁和打压，长远来看，美国此举可能会助推重工半导体产业的自立与发展，目前中国半导体仍可迂回以对。 文章主要提到几点： 一是中国有1000多家新兴的半导体相关公司，如果华为和中芯从这些公司购买进口的半导体芯片、设计软件以及生产设备，实际上就可以进行半导体采购并扩充制造设备;Synopsis共同执行长Aart de Geus表示：“在中国有很多半导体相关企业(除华为外)都在大量购买，这种情况无法避免国内的转售。” 二是联发科对美国的销售额很少，该公司虽已停止对华为供货，但也有可能会继续接受华为的订单并准备接受美国制裁，联发科可以在不投诉最终用户详细信息的情况下订单生产，台积电同样可以。 对上世纪70/80年代崛起的日本半导体产业来说，通过不同的方法将技术从美国带回日本，从模仿再到超越，成就90年代的半导体霸主是可能的，但时代背景不同，通过规避限制出口并不是长远之计，SWIFT跨国结算系统掌握在美国手上，所有国际账户信息，都在美国的掌控之中，会导致更多的企业被限制。 文章提到的另一方案或许更有前景，EUV以外的光刻机，日本的尼康和佳能也可以制造，业界有关人士表示：“中国企业拟向两家日本公司提供资金，要求共同开发除EUV以外的新型光刻机。” 目前只有荷兰的阿斯麦能够制造EUV光刻机，而大部分基础技术的知识产权都由美国掌握，如果走别人的路，知识产权的约束会很多，当芯片制程工艺接近摩尔定律极限，3D堆叠技术正在成为延续摩尔定律的主角，研发新的光刻机或许是弯道超车的机会，就像2000年前后阿斯麦凭借浸入式光刻技术超越尼康一样，每一次弯道超车都离不开新技术、新材料的颠覆。 当年美国建立EUV LLC联盟搞高端光刻机，几乎半导体业界所有的巨头都被邀请来了，唯独尼康排除在外，最后单打独斗的尼康，自然干不过人家联盟，不知尼康是否因此耿耿于怀?如今国产光刻机需要合作，尼康正好有技术积累，尼康是否有心被阿斯麦碾压二十年后再扳回一城?结果值得期待。 现在尼康最先进的光刻机是45-22纳米，虽然跟阿斯麦有几代的差距，但在单打独斗的日子里，技术几乎都是自己的，受美国方面的制约更少。 三、结语 2012年日本存储芯片企业尔必达被美光收购，去年11月，原社长坂本幸雄就任紫光集团高级副总裁，紫光旗下核心企业长江存储主打存储芯片; 曾就职瑞晶总经理的陈正坤，后瑞晶被美光收购，陈正坤加入联电，后来到大陆协助福建晋华建存储芯片厂，当被问及为什么加入联电和中国大陆DRAM技术合作研发计划，陈感性地说，当年瑞晶被兼并对他冲击很大，且自主开发DRAM技术一直是他心中的梦想，希望这个梦想在这里播种开花。 中国半导体产业崛起，除了开放合作，还要寻找合适的领头羊。

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  • Imagination发布IMG B系列GPU：功耗降低30% 面积缩减25%

    10月13日下午，半导体知识产权(IP)供应商Imagination Technologies(以下简称Imagination)宣布推出全新的IMG B系列图形处理器(GPU)，继继去年的IMG A系列后进一步扩展了其GPU知识产权(IP)产品系列。 依靠着先进的多核架构，全新的B系列可以使Imagination的客户在降低功耗的同时获得比市场上任何其他GPU IP更高的性能水平。它能提供高达6 TFLOPS(每秒万亿次浮点运算)的计算能力，与前代产品相比在功耗降低了多达30%，面积缩减了25%，且填充率比竞品IP内核高2.5倍。 B系列是Imagination GPU IP的再一次演进，可提供最高的性能密度(performance per mm2)，同时提供了多种全新配置，可以针对给定的性能目标实现更低的功耗和高达35%的带宽降低，这使其成为顶级设计的理想解决方案。 B系列提供了各种不同的配置，从而使我们的客户拥有更广泛的选择。凭借核心部分的可扩展性，它成为移动设备(从高端到入门级)、消费类设备、物联网、微控制器、数字电视(DTV)和汽车等多个市场的终极解决方案。 B系列中还包括IMG BXS产品，这是首批符合ISO 26262标准的GPU内核，可以为汽车领域提供各种选择：从小型的安全备份内核，到可用于先进驾驶辅助系统(ADAS)和高性能自动驾驶的高计算力内核。 Imagination Technologies首席产品官Chris Porthouse说道：“我们在多核架构中采用了自己最佳的高性能、低功耗内核，并整合了创新性的分散管理方法，从而可以提供高效的扩展特性，并且可与诸如小芯片(chiplet)架构等行业趋势相兼容。这使我们能够提供以前的GPU IP所不能提供的一系列性能水平和配置。” Imagination Technologies首席执行官Simon Beresford-Wylie表示：“IMG B系列为我们的客户提供了更多选择。它建立在大量投资及A系列技术优势的基础上，同时增加了多核技术，以惊人的33种全新配置扩展了Imagination的GPU产品系列。凭借B系列产品，我们相信Imagination可以为每个人提供最佳的GPU，无论他们有何种需求。” IMG B系列现已可提供授权，并且每个产品系列都已有厂商率先获得了授权。 一、先进的多核架构 全新的多核架构已经针对BXT和BXM内核的每个产品系列进行了优化，利用多个主核的扩展特性实现了GPU内核的多核扩展。多核架构结合了所有内核的能力，可以为单个应用提供最大化的性能，或者根据需要支持不同内核去运行独立的应用。 BXE内核提供了主核-次核的扩展模式，这是一种面积优化的解决方案，通过单个GPU内核提供了高性能，同时可以利用我们的HyperLane技术进行多任务处理。 BXS汽车GPU内核也利用了多主核可扩展的特性，来支持性能扩展，以及跨多个内核进行安全检查，以确保正确运行。 二、最佳的图像压缩技术 IMG B系列还使用了IMGIC技术，这是市场上最先进的图像压缩技术，可为我们的客户提供节省带宽的新选择。它提供了多达四种压缩等级：从像素完全无损模式，到可确保4:1或更佳压缩率的带宽极省模式。这为SoC设计人员提供了更高的灵活性，以优化性能或降低系统成本，同时保持出色的用户体验。IMGIC技术可以兼容B系列中的所有内核，这使得即便是最小的内核，也能够拥有Imagination行业领先的图像压缩技术优势。 三、IMG B系列内核 IMG B系列GPU拥有四个产品系列，可以针对特定的市场需求提供专业的内核： 1、IMG BXE：实现绚丽的高清显示——凭借一系列专门针对用户界面(UI)渲染和入门级游戏设计的GPU内核，BXE系列每个时钟周期可以处理从1个像素到高达16个像素，从而可支持从720p到8K的分辨率。与上一代内核相比，BXE实现了多达25%的面积缩减，同时其填充率密度高达竞品的2.5倍。 2、IMG BXM：难以置信的图形处理体验——一系列性能高效的内核在紧凑的硅面积上实现了填充率和计算能力的最佳平衡，可以为中档移动端游戏以及用于数字电视和其他市场的复杂UI解决方案提供支持。 3、IMG BXT：前所未有的性能——可以为从手持设备到数据中心等现实世界的应用提供难以置信的高性能。该旗舰款B系列GPU是一个四核部件，可以提供6 TFLOPS的性能，每秒可处理192 Gigapixel(十亿像素)，拥有24 TOPS(每秒万亿次计算)的人工智能(AI)算力，同时可提供行业最高的性能密度。 4、IMG BXS：面向未来的汽车GPU——BXS系列是符合ISO 26262标准的GPU，这使其成为迄今为止所开发的最先进的汽车GPU IP内核。BXS提供了一个完整的产品系列，从入门级到高级的产品，可为下一代人机界面(HMI)、UI显示、信息娱乐系统、数字驾舱、环绕视图提供解决方案，再到高计算能力的配置，则可支持自动驾驶和ADAS。

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  • 存储大厂不断扩产，中国存储产业面临考验

    2020年疫情使存储器价格产生波动，同时也出现了存储器需求疲软及供应不畅的问题。在2020年下半年，存储器市场依旧不是很乐观，存储芯片价格持续下降。但是放眼全球，三星、铠侠(原东芝)、美光等存储大厂扩大投资热度不断攀升，正在积极建厂和扩充产能。 这些海外厂商动作频频，将会使存储市场产生怎样的变化? 一、存储器市场概览 纵览整个存储器市场，其绝大部分由海外巨头公司掌握，国产公司处于相对落后的位置。DRAM和NAND Flash是最主流的半导体存储器，市场规模占比超过95%。 2019年NAND Flash市场规模达到了490亿美元。据IDC预测，2023年将产生105ZB数据，其中12ZB将会被存储下来。NAND Flash市场份额基本被国外公司所垄断，主要的厂家为三星、铠侠、西数、美光等。国产厂商长江存储处于起步状态，正在市场与技术上奋起直追。 2020 Q1 NAND Flash市场份额 资料来源：中国闪存市场，国元证券研究中心 DRAM是存储器市场规模最大的芯片，2018年DRAM市场规模已超过1000亿美元，2019年由于价格大幅下降以及服务器、手机等下游均出现同比下滑，市场空间出现下降，根据Trend Force数据统计，2019 年DRAM市场空间约621亿美元。目前，DRAM芯片的市场格局是由三星、SK海力士和美光统治，三大巨头市场占有率合计已超过95%，而三星一家公司市占率就已经逼近50%。 2019年DRAM市场格局 资料来源：Trend Force,，国元证券研究中心 在此市场状况下，海外存储大厂的投资、扩产行为对于国内处于起步阶段的众厂商来说，将是一场大考验。 二、存储龙头大力扩产 此前，三星电子宣布了在韩国平泽厂区的扩产计划，除扩建采用极紫外光(EUV)的晶圆代工生产线及DRAM产能之外，还将扩大3D NAND闪存方面的产能规模。业界预估三星电子仅用于3D NAND闪存方面的投资额就达8万亿韩元(约合470亿元人民币)。 据了解，三星电子将在平泽厂区的二期建设中投建新的3D NAND生产线，量产100层以上三星电子最先进的第六代V-NAND闪存，无尘室的施工5月份已经开始进行。新生产线预计将于2021年下半年进入量产阶段，新增产能约为2万片/月的晶圆。 去年年底，三星电子便启动了中国西安厂二期的建设，投资80亿美元。西安厂二期主要生产100层以下的第五代V-NAND，平泽二厂则会生产100层以上的第六代V-NAND。三星NAND Flash生产线主要分布在韩国华城厂区、平泽厂区以及中国西安厂区。 无独有偶，其他存储产商也大幅度投入了存储产能的扩充。 美光这两年不断有加大存储资本投入的消息传出。首先看DRAM方面，据台媒报道，美光将在台湾加码投资，要在现有厂区旁兴建A3及A5两座晶圆厂，总投资额达4000亿元新台币(约合人民币903亿元)，2020年第4季导入最新的1z制程试产，借此缩小与三星的差距;第二期A5厂将视市场需求，逐步扩增产能，规划设计月产能6万片。 今年早些时候，美光表示，A3 预计本年第四季度完工，2021年投入生产，导入最新的1Znm制程试产。据了解，1Znm工艺是存储行业最新的制程技术，可提供更高的密度、更高的效率和更快的速度，该标准涵盖了12nm到14nm之间的工艺标准，而1ynm标准则在14nm到16nm之间。 美光还在陆续大规模生产DDR4和LPDDR4，2020年初美光基于1Znm技术的DDR5 RDIMM开始送样，还将投入下一世代HBM以及1α技术的研发。同时，美光表示，为了持续推进先进技术的发展，今年其洁净室投资是往年的1.5-2倍，主要用于加速向先进节点切换，提升先进制程产能，包括EUV洁净室的建设，全球灵活布局产能。 与此同时，美光也在去年宣布启用在新加坡扩建的3D NAND闪存晶圆厂，让美光在新加坡的布局更加完整。美光指出，扩建的设施能够为无尘室空间带来运作上的弹性，更可以促成3D NAND技术进阶节点的技术转型。 由于目前美光在第三代96层3D NAND已可进入量产，因此技术上要将重心摆在第四代128层去发展，将128层3D NAND做到更稳定、能够量产的阶段。 美光预期该扩建的新厂，可于下半年开始生产，但碍于目前市场NAND供过于求的情况，以及要将3D NAND技术提升，所以暂时不会因为扩厂而增加任何新的晶圆产能。在最新一期的财报中，美光表示将在2021年投入约90亿美元的资本支出。 铠侠也将按照原计划增产投资，在日本四日市工厂厂区内兴建3D NAND闪存新厂房“Fab 7厂房”，总投资额预估最高达3000亿日元(约合200亿元人民币)，预定2022年夏天完工。铠侠合作伙伴西部数据预估会分担投资。 与此同时，铠侠和西部数据还将在岩手县北上市投资70亿日元，新建的K1新工厂计划于2020年上半年开始生产3D NAND。 SK海力士也已经开始对存储半导体进行积极的设备投资。计划对中国无锡工厂(C2F)投资约3.2兆韩元(约人民币171.42亿元)。SK海力士计划在C2F工厂的空余空间内建设月度产能达到3万个的DRAM 产线，自2020年7月已经开始导入设备。 SK海力士计划以保守的态度实施最初制定的投资计划。且认为存储半导体市场肯定会出现恢复，因此再次启动投资。此外，原计划自2021年1月起，对利川工厂(京畿道)的M16进行设备投资，现在计划在2020年之内完成设备导入，且正与设备厂家在进行调整。此外，SK海力士计划将DRAM产线(利川)的增产规模从原来的2万个提高至3万个，此外，还计划将NAND闪存(清州)的产能提高5,000个，且已经在推进。 三、有备而来的存储厂商 不难发现，相较于NAND Flash，DRAM市场似乎显得谨慎。就目前而言，DRAM供应商三星、SK海力士、美光等对DRAM的投产相对保守，除了三星增加DRAM新产能外，美光日本广岛新工厂B2会投产，也正计划在台湾地区兴建晶圆厂生产DRAM，但大部分DRAM供应还是依靠制程技术提升满足市场需求，2020年三家原厂将扩1znm工艺技术提高DRAM产量。 尽管出现了新冠肺炎这一前所未有的危机，海外巨头依然积极进行设备投资，其主要原因是他们都对存储半导体市场持有积极的态度。 首先，虽然受新冠肺炎影响全球经济出现低迷，服务器和PC方向的DRAM需求却在增长。此外，以互联网未中心的居家办公、在线教育、业余活动、在线购物等的大量出现，导致服务器、PC的销售增多，从而带动了DRAM的需求增长。 其次，从根源上看，三星等厂商扩大产能，与市场上的预期有关。随着5G、自动驾驶物联网和AI的到来，围绕着数据的生意正在快速增长。从2017年开始，以DRAM和NAND Flash为主的半导体存储市场规模已超过1000亿美金，增长速度远超于半导体产业发展。 疫情的到来虽然使全球经济充满了不确定性，但促进半导体需求增长的因素却不少，因此海外厂商才继续进行积极的投资。某位熟悉韩国半导体行业的分析人士指出:“从韩国半导体巨头的投资计划来看，可以说他们对半导体市场情况持有肯定的态度”。 这些存储厂商都是有备而来。 四、中国存储产业面临考验 在这些厂商加速存储布局，抢占下一个未来的时候，正在发力的的中国存储产业或将受到冲击。 发展至今，NAND Flash已呈现白热化阶段。在本次投资扩产及相关市场竞争当中，各大闪存厂商无疑将先进工艺放在了重点位置。 三星电子此次在平泽二期中建设的就是100层以上的第六代V-NAND。目前三星电子在市场上的主流NAND闪存产品为92层工艺，预计今年会逐步将128层产品导入到各类应用当中，以维持成本竞争力。 美光也在积极推进128层3D NAND的量产与应用，特别是固态硬(SSD)领域，成为美光当前积极布局扩展的重点，与PC OEM厂商进行Client SSD产品的导入。美光科技执行副总裁兼首席商务官Sumit Sadana表示，128层3D NAND如果被广泛使用，将大大降低产品成本。美光于2019年10月流片出样128层3D NAND。 根据集邦咨询的介绍，SK海力士将继续增加96层产品的占比，同时着重进行制造工艺上的提升。SK海力士2019年6月发布128层TLC 3D NAND，预计今年将进入投产阶段。 铠侠今年1月发布112层3D NAND，量产时间预计在下半年。铠侠今年的主力产品预计仍为96层，将满足SSD方面的市场需求。随着112层产能的扩大，未来铠侠会逐步将之导入到终端产品中。 看向国内 ，去年9月，长江存储发布了64层3D NAND闪存。有消息称，长江存储64层消费级固态硬盘将于今年第三季度上市。有分析认为，长江存储今年的重点在于扩大产能，同时提升良率，并与OEM厂商合作进行64层3D NAND的导入。不过今年4月长江存储也发布了两款128层3D NAND闪存，量产时间约为今年年底至明年上半年。在先进工艺方面，长江存储并不落于下风。 研发获得成功只是第一步，后期量产的良率是成败的关键之一，未来要进入量产，势必要达到一定的良率，确保每片3D NAND的可用晶圆数量，成本结构才会具有市场竞争力。与实力雄厚的国外厂商相比，长江存储处于刚刚跟上脚步的阶段。如果闪存产业陷入了杀价潮，那么对长江存储来说，优势就不再明显。 再看DRAM产业，当年韩国厂商也是透过扩产、降价等方式，将当时如日中天的日本DRAM产业和尚在襁褓中的台湾地区DRAM扼杀在摇篮中，对于正在崛起的中国存储来说，如何避免陷入这种困境，是在提高产品质量和供应的时候，是需要考虑的另一个问题。 半导体专家莫大康曾指出，存储芯片具有高度标准化的特性，且品种单一，较难实现产品的差异化。这导致各厂商需要集中在工艺技术和生产规模上比拼竞争力。因此，每当市场格局出现新旧转换，厂商往往打出技术牌，以期通过新旧世代产品的改变，提高产品密度，降低制造成本，取得竞争优势。 有报道指出，中国的长鑫存储(CXMT)在2020年上半年量产用于PC的DDR4 DRAM。由于DDR4是目前最常用的DRAM半导体的规格，因此，相关产品的量产也意味着中国企业对韩国厂家形成了威胁。为了摆脱中国厂商的穷追猛赶，韩国厂家正在实施“差异性战略”——极紫外光刻(EUV)工艺。 三星电子于2020年四月成功生产了100万个采用了EUV技术的10纳米通用DRAM(1x)。之所以将EUV技术应用于1xDRAM，是出于测试的目的。真正要采用EUV技术的产品是计划在2021年量产的第四代(4G)10纳米DRAM(1a)。就1a产品的工艺而言，是将EUV技术灵活运用在位线(Bit Line，将信息向外部输送)的生产中。据说，三星已经将EUV应用于现有的工序中(据说是2-3层)。 此外，SK海力士也在准备将EUV技术应用于DRAN生产。SK海力士已经在利川总部工厂导入了约2台EUV曝光设备，用于研究开发，目标是计划在2021年通过EUV技术批量生产DRAM。 有分析师指出，“EUV工艺是目前中国厂家无法模仿的先进技术，率先采用EUV工艺的DRAM，对于要求较高的数据中心而言，是十分有利的。” 在先进工艺方面，中国存储厂商仍然需要努力。 五、总结 存储市场目前虽仍由海外厂商占据主导地位，但中国厂商正在逐步崛起。正如前文所言，海外厂商投资扩产除了看到存储的前景以外，中国厂商的崛起也是其中微小却不可忽视的原因之一。

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  • 国产EDA三大困境如何突破？

    EDA的实现需要EDA软件，就像打字需要Word一样，而且芯片设计用的EDA软件比打字更复杂、更精细、技术含量更高，有了EDA工具，芯片的设计、布局、布线、仿真、版图都可以通过自动化来实现。EDA和装备材料一起被称为集成电路产业的战略支柱，可以毫不夸张的说：“EDA是集成电路之母，支撑集成电路全流程的设计”。 一、小行业撬动大产业 尽管EDA如此举足轻重，但它的市场规模在整个半导体产业中所占比重并不大。据统计，2019年，全球EDA的产值是110亿美元。“然而就是这110亿美元，撬动的是4500多亿美元的半导体市场，甚至是整个电子产品市场。”芯华章科技创始人、董事长王礼宾激动地说。 对于EDA地位的重要性，整个半导体行业已经达成了共识。“EDA支撑着全球集成电路4500多亿美元的产业”，华大九天副总经理郭继旺甚至认为，“没有EDA就没有IC!” 吕芃浩表示，半导体行业乃至整个电子信息行业呈现倒三角形，最底层是EDA工具，上面支撑了约4000多亿美元的半导体市场，进而带动1.5万亿美元的电子信息市场，以及数十万亿美元的应用市场。“在这种情况下，如果我们在EDA工具这个环节上出了问题，那么整个电子信息产业的大厦就会忽然倒塌。”他说。 EDA的重要性，在对集成电路成本的影响上得到了充分体现。“集成电路设计中，设计14~16纳米芯片的成本是2亿美元，设计7纳米的芯片时是6亿美元，这是在有EDA的情况下。如果没有EDA工具，两者的设计成本差距是200倍，这意味着如果没有EDA工具，采用7纳米工艺的芯片设计成本是1200亿美元。”吕芃浩表示，这一数字相当于全球设计业的总值，而这么高的设计成本肯定是无法满足市场需求的，因此EDA在降低成本促进集成电路发展上有着重要意义。 一般来讲，EDA的市场规模占半导体产业的2%~3%。王礼宾介绍，在中国EDA市场，2019年，国产自研EDA的占比还是相当小，仅10%左右。“2019年，中国EDA市场的规模是4.77亿美元，IBS预测，到2025年这一数字将会增长到22.72亿美元，这将是5倍的增长。” 二、中国EDA的三个困境 在吕芃浩看来，EDA是美国技术垄断度最高的一个领域，2018年，85%的EDA市场被三家美国EDA公司所垄断。从中国EDA市场来看，外国三大厂所占的市场约5.8亿美元，占全球的5.6%，国内厂商的营收只有4.2亿元人民币，只占全球的0.6%。 据了解，上个世纪80年代，我国曾针对外国禁运EDA软件设立了ICCAD三级系统专项。1994年，国外允许EDA厂商进入中国后，那时候就有了“造不如买、买不如租”的论调，致使国内集成电路尤其是EDA出现近15年的沉寂，直到2008年成立“核高基重大专项”之后，EDA才重新被提上日程，并在近十年积极发展取得了一定成绩。 “不过，即便国产化率现在比以前提高了10%，但仍然比较低。”吕芃浩认为，中国EDA的发展主要面临以下三个困境： 一是人才不足。全球从业人员只有4.5万人，但是外国三大厂就占了60%，其中，新思科技1.3万人，Cadence有7000多人。而全国EDA人才只有大概1500人，其中1000人左右在外国企业在中国设的厂里工作，真正属于本土研发团队的人才只有500人左右，这还不及新思科技的零头。 二是自主创新生态不足。许多设计企业习惯于用国外的EDA软件，不敢轻易尝试国产软件。同时由于小企业没有钱去买正版软件，导致国内EDA软件更新迭代比较慢。 三是代工技术有些落后，这导致国内厂商无法通过跟代工厂紧密合作升级自己的技术。 其实，EDA人才不足只是整个集成电路产业人才问题的一个缩影。郭继旺说，集成电路产业一直比较缺人，市场需要72万人，目前只有40万人的存量，存在32万人的缺口。按照每年三四万的人才培养进度，补齐大概需要10年时间，而且随着产业发展时间可能拉得更长。他认为，人才是最难解决的，因此急不得，尤其是集成电路人才需要进行综合性的学科培养，既要有扎实的理论宽基础，也要有实操能力，不像互联网人才那么好培养。 三、人才是重中之重 纵观全球EDA市场的发展，并购扮演着重要的角色。据了解，EDA技术大概90多种，美国有近千家EDA企业，虽然有这么多企业，但没有一家企业能够单独做好所有的技术，只能通过并购重组成为具有竞争力的平台化公司。事实上，从上个世纪90年代开始，新思科技有过80次以上的并购，Cadence有过60次以上的并购，正是通过不断并购，才最终形成了它们在全球EDA市场的霸主地位。 此外，EDA行业的研发高投入也不容忽视。一些领先的EDA公司软件研发投资占到营收的35%甚至40%，头部公司正是依靠高投入才确保了自己的领先地位。 那么，我们又该如何改变单一的EDA企业发展模式，走出一条安全可控的自主化道路，解决EDA产业中核心的卡脖子问题呢? 针对EDA的人才培养，郭继旺表示，广义来讲，只要是数学、物理、化学、计算机软件专业的都可以作为EDA人才。 东南大学电子工程学院的杨浩说，从技术角度看，现在国内技术还比较薄弱，没有完全形成所有工具全流程领域。人才培养上，国内高校很多，但是配套成体系的EDA课程体系还没有完全建立起来，相关特别是完全对口的专业特别少，人才缺口比较大。“国产EDA如果想突围，市场、技术、资金、人才四个环节缺一不可，其中人才是根本，是重中之重。”他说。 国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，从各个角度来促进集成电路发展，EDA软件也是重点支持的行业，目前在人工智能、大数据、物联网等领域，国内企业欣欣向荣，这给EDA工具发展提供了很大的市场和成长的土壤。

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  • 苹果平台架构副总裁谈A14设计与公司芯片战略

    2020年的iPad Air是苹果公司首款使用新型A14 Bionic芯片组的设备，芯片的影响也将不仅限于平板电脑，它将为下一代iPhone提供动力，而Apple将于明日推出该产品。苹果公司平台架构副总裁Tim Millet和Mac和iPad产品营销高级总监Tom Boger阐明了该公司设计A14的方法，以及求对iPad Air及其它的意义。 一、打造一款“野兽”芯片 在较高的水平上，A14似乎与苹果的其他Bionic芯片组相似。就像A12和A13一样，这个SoC包含一个六核CPU(两个核是高性能核，四个核用于低优先级任务)。这里的GPU内核数量也保持不变，为四个。 但是，不要被这些过去的相似之处所迷惑：由于A14是使用5纳米制造工艺设计的，因此这种单芯片系统的工作比以往任何时候都多。但是，让我们先退后一步。我们会发现向更密集的芯片组设计的转变已经发生了多年，并且没有丝毫放缓的迹象。 A14可能是世界上第一个商用的5nm芯片，但是苹果的竞争对手并不落后。高通公司首款5nm移动芯片组Snapdragon 875可能会在12月举办的的公司虚拟Snapdragon Summit上首次亮相。然后是三星，除了为高通公司制造这些骁龙之外，三星还开始拉开5nm Exynos 1080芯片组的帷幕。 基于这些新制造工艺的芯片的主要优点是，它们更密集地集成晶体管，这些难以置信的小型开关，可以控制电子的流动。这些充当逻辑门的基础，逻辑门产生集成电路，集成电路产生成熟的处理器。 无论如何，转向5nm意味着Apple可以把有更多的晶体管用于芯片上的所有系统。回头看一下：该公司去年使用的A13 Bionic有85亿个晶体管，而新芯片是118亿个。如您所料，晶体管数量的急剧增加为苹果提供了额外的处理位，以显着提高速度、效率、CPU和GPU内核。但这也使苹果可以自由地对设备的整体体验进行微妙的改进。 “芯片架构师考虑功能的一种方式不一定是直接将[晶体管]映射到产品中的功能，而是要使诸如图形堆栈中软件之类的基础技术能够放大GPU中的新功能”，Millet说。“因为这将不可避免地成为游戏中的视觉功能，或用户界面中的快速过渡。” 转向5纳米设计的A14也使苹果可以自由地将其更多的晶体管“预算”投入到CPU和GPU以外的组件上。而要获得最佳的全方位体验，苹果，三星和华为等公司(仅有的其他为自己的移动设备设计芯片的公司)具有明显的优势。在这种情况下，由于Apple完全控制其片上系统中的内容，因此可以在其他处理内核和组件成为主流之前对其进行投资。 最好的例子是该公司的神经引擎，该组件首次出现在iPhone X的A11芯片组中，用于加速各种功能所需的神经网络，例如安全面部解锁，Siri语音识别和增强现实等。苹果是最早在其芯片中集成专用神经加速器的公司之一。而华为在苹果宣布其自己的神经引擎之前一周就发布了麒麟970及其神经处理单元，而三星和高通后来才赶上来。 毫不奇怪，今年的神经引擎与我们在2017年看到的第一个引擎相去甚远。虽然原始协处理器可以每秒执行6000亿次操作，但去年的A13在相同的时间内将标准提高到了6万亿次。同时，A14通常每秒执行11万亿次的操作，从而消除了障碍。 大规模的重新设计使这种提升成为可能：A14的神经引擎现在包含16个内核，而去年的A13为8个。将引擎的核心数量增加一倍将是一个有趣的选择，因为许多依赖它的iOS功能似乎已经运行良好。既然如此，为什么不把更多的新晶体管投入到进一步提高CPU和GPU性能上呢?大多数人可能会立即注意到这一点? 答案有两个。首先，苹果公司继续在增强神经网络中看到巨大的潜力，不仅是因为其自身的软件体验，而且对于那些应用程序开发人员可能能够在适当的位置安装适当的组件来实现。例如，流行的图像编辑应用程序Pixelmator Pro依靠神经引擎提供了一项功能，该功能可使低分辨率图像看起来异常清晰和干净。同时，在创意频谱的另一端，Algoriddim的djay Pro AI应用程序使用神经引擎来更有效地隔离歌曲中的人声和乐器音轨。 Millet说：“我们看到了传统CPU指令集无法完成的事情的机会。” “理论上您可以在GPU上执行执行神经引擎在做的许多操作，但是您不能在紧密，受热约束的enclosure内执行该操作。” 这是答案的另一半，这就是苹果必须在纯粹的“马儿”和“效率”之间取得平衡。毕竟，如果马匹过早疲劳，那就没有必要确保它们跑得快。 Millet说：“我们努力专注于能源效率，因为这适用于我们生产的每种产品。” 通过将重点放在芯片设计上，苹果不必担心这种情况“它专注于手机的能源效率(以某种方式)在iPad Air中不起作用”。当然可以了。” 二、实际影响 大家一致肯定的是，A14是比它的前辈更令人印象深刻，但所有这一切都引发了一个有趣的问题：它有多强大?这是真的吗? 这主要是因为苹果尚未就A14 Bionic比去年的A13 Bionic的性能提高多少发表任何声明，在即将到来的主题演讲中，我们可以期待更多细节。在苹果披露新产品iPad Air，他们确实说了A14的CPU比前代产品提升40%，人们可以期望图形性能最多提高30%。 但是，必须注意的是，现实生活中的性能提升并不总是符合Apple的承诺。例如，当公司表示A14的CPU性能比当前iPad Air的A12芯片组强大30%时，它并没有超出您和我可以使用的流行基准测试工具的结果。根据Boger的说法，这些数字是“实际应用程序工作负载”的合并。换句话说，它们是源自许多不同性能因素的综合数字，所有这些都证明了实际使用此东西的感觉。 Millet补充说：“我们了解许多应用程序的单线程性能确实很重要。” “因此，我们确保在谈论诸如此类的事情时，我们能够很好地表示单线程性能。我们还表示，更多具有前瞻性的开发人员实际上正在利用即将推出的额外内核。” 由于我在2020年花费了大量时间测试苹果设备，因此我的想法迅速转向A14如何模糊Air与iPad Pro之间的界限。毕竟，2020 iPad Pro依靠的是两年前芯片组的增强版本。与苹果的新芯片相比，它如何堆叠? 总体而言，iPad Pro仍然具有优势。当我们在今年早些时候对其进行测试时，它是一台速度非常快的机器，而Millet和Boger很快指出，当前型号的A12Z芯片组比A14具有更多的CPU和GPU内核(每个内核八个)。GPU计算能力的巨大差异尤其意味着iPad Pro将继续更适合图形工作以及Apple专业用户可能会处理的其他“高性能工作负载”。但这并不是说iPad Air的芯片组在这里完全被淘汰了。 博格指出：“由于A14具有我们最新一代的CPU内核，因此您可能会在这里和那里看到一些东西，它们可能会胜过A12Z。” 苹果制造了一款售价600美元的平板电脑，其功能有时会超过其专业级硬件，这是一个大问题。但是，更重要的是，苹果公司在设计A14时所做的工作可能会影响其后续设备。 三、走向未来 正如我之前说的，A14将为新款iPad Air以及可能是该公司最新推出的iPhone系列提供动力，但几乎肯定还会在其他产品中使用。看看Apple的入门级iPad系列：尽管它们从未获得过为iPad Pros制造的高端芯片组版本，但它们经常被上一代iPhone中使用的芯片所刷新。如果您是Apple设备的粉丝，那么您是否还不打算大肆购买新手机或平板电脑也没关系-您最终体验A14的机会还不错。 即使您不这样做，您仍然可以从其中进行的一些工作中受益。当苹果公司的人们开始研究芯片组时，他们不仅专注于为单个产品构建芯片组。他们考虑了公司的整体阵容。“我们花了很多时间与产品团队和软件团队合作，而架构小组确实位于其中。” Millet说。 苹果在制造产品时，必须弄清从CPU和GPU到相机和显示模块以及大量传感器的重要组件清单。以良好的方式将所有组件连接起来是Millet团队的工作，而他们最大的优先事项之一就是确保将它们编织在一起的芯片级体系结构参数化-即可扩展以用于不同类型的设备。 他说：“最终，我们要确保在为一代构建CPU时，我们不一定只为一代构建CPU。” 虽然这并不意味着会在Apple Watch之类的产品中看到A14的六核CPU，但为该公司的旗舰手机芯片组开发的体系结构很可能会改编并在其他地方重复使用。事实证明，我们可能不必等很久就能看到一个很好的例子。 几周以来，一直有传言称iPad Pro由A14的高性能版本A14X提供动力，有人传言称该产品将于2021年初推出。在发布由A12驱动的iPhone XS系列仅一个月后，苹果就宣布了其第三代iPad Pro和A12X芯片组。 谣传A14X也是该公司的首批商用Apple Silicon Mac中的芯片组。被问及该公司在Mac芯片上的工作是否完全影响了A14的发展时，Millet指出：“有时，独特的平台制约着发明的发展。” 最终，对于A14和苹果公司在不久的将来的计划，我们仍然知之甚少。 它的体系结构还可以如何扩展或限制为适用于不同的硬件?苹果从设计像A14这样的移动芯片组中学到的知识是否会给它提供在英特尔和AMD上需要的工具?Millet完全没有讨论这些话题，但似乎一模一样：无论是否购买iPad Air(或iPhone 12)，苹果的工作都会对该芯片组会在未来几年都产生影响。

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  • 小米黑科技，一指连UWB 超宽带技术

    自Apple以来，越来越多手机厂商开始在UWB超宽频技术上投入研发，而小米就是最新公布成果的一家。 早些时候他们公开了所谓的一指连方案，它能利用500MHz的超大频宽，让内建了UWB晶片及阵列天线的手机与智慧型装置实现角度测量精度在正负3度以内的客厅厘米级精准定位，从而在一定空间内实现指向性的交互操作。 什么是 UWB? UWB 超宽带技术，实际上并非一个完全的新技术了，苹果和三星都已经在自己的产品上使用。这个由苹果带出的新概念，最早在 iPhone 11 系列上出现，苹果 UWB 芯片将其命名为 U1 芯片。 UWB 超宽带通信技术能够让手机或电子设备具备精确的空间感知能力，小米称它是室内的「GPS」，但实际情况更像是一个「雷达」。 目前苹果和小米公开的信息显示，UWB 技术均可以实现厘米级的设备精确定位，甚至连对应设备的角度测量精度，也能到正负 3 度的水准。 不只是精准，UWB 技术还有着超越蓝牙的数据传输能力。 以苹果的 U1 芯片为例，iPhone 11 Pro 如果通过 UWB 技术进行文件传输，速度可以达到 27Mb/s ，在速度上都优于蓝牙，但略慢于 Wi-Fi 。 另外，UWB 由于是通过无线电信号的往返时间计算设备间的距离，而不是像蓝牙那样通过信号强度粗略地判断设备间的大概位置。所以我们就不需要担心 UWB 技术像蓝牙那样受到其他信号的干扰或入侵，能很好地保证安全性。 UWB 能做什么? 相信看到这里的机友就会疑惑：不就是一个升级版蓝牙吗?这么想就错了。 得益于设备间能够进行准确的空间感知，以及高速的数据传输，UWB 可以带来相当丰富的玩法。苹果目前相对保守一些，只用来对隔空投送功能进行强化，让 iPhone 用户之间可以更好地识别收发双方。 小米的玩法就丰富多了。像小米副总裁曾学忠演示的那样，不仅可以控制风扇开光，还能控制灯光的颜色等。 操作起来比 APP 更加方便顺手，只要指向某个智能家居设备，就能弹出控制框。小米将这个功能命名为「一指连」功能，从视频来看，确实有一指操控万物内味儿了。 当然，UWB 的能力不止于此。 曾学忠还表示，未来甚至连「指」这一下的操作都可以省略。因为这是个可以获得精准定位的技术，手机能感知到你正在往哪个设备靠过去，猜测你要做什么，并且帮你把它给做了。 像无感开门的演示，只需要门锁和手机通过 UWB 相互感应到实现设备的定位，立刻就能开锁进门。 手机作为比钥匙更随身携带的产品，成为大门的密钥，自然是方便安全。 既然家门可以这样解锁打开，那车门是不是也可以这么做呢?靠近空调、风扇、灯、电视机、音箱、扫地机器人等各种设备的时候是不是也能做出反应呢? 显然，UWB 未来将会是 IoT 设备的必备功能，多媒体和智能家居设备的控制、感应式开门都将成为最基础的使用方法。 要更进阶的话，那就是通过 UWB 芯片将设备和设备进行相互定位，为 AR 软件提供更准确的空间信息，提高 AR 的真实性。 这个功能将会是未来生活的一个重要基础。作为国内第一家跟进这个技术的厂商，值得称赞。 一来，为我们这些消费者提供更出色的传输功能以及智能家居体验;二来，研发的人多了自然玩法升级也会更快; UWB 是一个涉及数据交互的技术，支持 UWB 的设备越多，使用场景也越多。 总的来说，目前的一指连方案尚没有跳脱出大家一般能想到的UWB 功能，小米也承认这只是其开发的冰山一角。他们下一步的方向是将指这个动作也去掉，要做到无感联动，类似靠近车门手机自动解除门锁、地铁进站手机自动刷卡通行等操作都有望伴随小米UWB 技术的落地陆续实现。

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  • 摩尔定律是否到顶？进一步了解GAA芯片技术

    苹果9月推出 A14 仿生芯片，接着华为麒麟 9000 系列芯片也将随Mate40 系列手机一起推出，而高通新一代骁龙 875也将在12月初发布，相同的是芯片都将是采用5nm 工艺，同时也意味着半导体工艺 5nm 的时代正在全面到来。 半导体的制程工艺，从 10nm 到 7nm 再到现在的 5nm，进化的幅度越来越小，但每进一步，都是整个行业付出巨大研发成本的结果。相信大家平时刷新闻时已经有所了解，芯片的制程工艺越来越小，等于晶体管越做越小，当工艺越来越接近极限时，难度就会呈指数级上升。 最好的例子就是芯片巨头英特尔在 14nm 节点长达 5 年的停滞，一度让 “摩尔定律已死”的言论甚嚣尘上。好在另一方面，台积电和三星在制程技术上突飞猛进，从 10nm 到 7nm 再到今年的 5nm，一路顺利推进，并超越了英特尔。 尽管后两者在制程名称上有玩 “数字游戏”的成分，但他们对推进半导体制程技术进化、延续摩尔定律所做的贡献有目共睹。 这些年来，芯片制程工艺能够不断微缩，性能可以不断增强，都有赖于整个半导体行业以及学术领域的勇敢创新和不懈努力。而当节点进一步微缩，5nm 之后的 3nm、2nm、1nm，新的问题又会出现，甚至原来拯救摩尔定律的 3D FinFET 晶体管都将无法应对极限微观世界的要求。 接下来，我们会越来越频繁地听到一个新名词——GAA(环绕式栅极技术晶体管)。 什么是 GAA 环绕式栅极技术晶体管? 1、从 3D FinFET 到 GAA，5nm 之后就靠它了 作为取代 3D FinFET 晶体管的全新技术，其实 GAA 环绕式栅极技术晶体管和 3D FinFET 有着千丝万缕的联系，因此我们需要从 3D FinFET 晶体管说起。 在《台积电 5 纳米吊打英特尔 10 纳米?别纠结了，这只是 “数字游戏”》一文中，其实IT之家已经为大家介绍过 3D FinFET 晶体管，这里再简单回顾一下。 其实所谓晶体管，用通俗易懂的话来讲，就是用半导体材料制作的电流开关结构。左边一个源极(半导体)，右边一个漏极(半导体)，中间加个栅极(金属)，让栅极来控制电流从源极到漏极的通断。 在过去，栅极和源极、漏极之间接触的地方是一个平面，形状差不多是一个矩形，栅极正是依靠这个接触面来对源极和漏极的电流进行控制。 可是，晶体管越做越小，这个接触面的宽度(其实就是栅极的宽度)也越来越窄，当窄到一定程度时(大概是 20nm 左右)，栅极对电流的控制力就会大幅减弱。 控制力减弱，就会导致源极的电流穿透栅极，直接和漏极导通，这种情况叫漏电。很显然，漏电不是个好事情，它会导致芯片发热量急剧上升。 所以半导体工艺进化之路在 20nm 左右曾一度面临停滞，摩尔定律遭受威胁。 怎么办呢?其实只要栅极和源极、漏极之间的接触面积足够大，就能控制住电流。这个接触面的宽度不能增加，那就只能增加长度了。 1999 年华人教授胡正明带领加州大学伯克利分校的研究团队发明了 FinFET 晶体管技术和 UTB-SOI 技术，解决了上面说的问题。 其中，FinFET 晶体管技术是我们听过最多的。它的解决思路就是改造晶体管的结构，将源极和漏极做成像鳍片一样直立的样子，然后让栅极三面包围住鳍片，就像下面这样。这样，等于是让栅极的宽度不变，通过巧妙地增加长度，来大大增加接触面积，从提升对电流的控制。 换句话说，原来只有一个接触面，现在有三个了，哪怕栅极宽度在进一步缩小，也不怕。 由于这种鳍片结构是立体的形态，所以也叫做 3D FinFET。 3D FinFET 技术的出现解决了晶体管工艺缩小引发的漏电的问题，让半导体的制程可以进一步推进。 随后，经过十多年的产业化推进，英特尔在 2011 年首先推出了使用 22nm FinFET 工艺的第三代 Core 处理器，这标志着摩尔定律的延续。 胡正明教授也被人们称为 FinFET 教父，以及 “拯救摩尔定律的男人”。而 3D FinFET 技术也伴随着半导体产业发展，一路走到今天的 7nm、5nm 时代。 但是，随着芯片制程的进一步微缩，到了 5nm 之后的 3nm、2nm 等等，3D FinFET 也将迎来它的极限，鳍片距离太近、漏电重新出现，物理材料的极限都让 3D FinFET 晶体管难以为继。 还有随着工艺微缩，假如原来一个 FinFET 晶体管上可以放三个鳍片，现在只能放一个，所以就得把鳍片增高。可是鳍片越来越高，到一定高度后，很难在内部应力作用下保持直立，FinFET 结构就很难形成了。 总之就是，5nm 之后，3D FinFET 也不能用了。这时候，就轮到 GAA 环绕式栅极技术晶体管技术登场了。 GAA 全称 Gate-All-Around ，是一种环绕式栅极技术晶体管，也叫做 GAAFET。它的概念的提出也很早，比利时 IMEC Cor Claeys 博士及其研究团队于 1990 年发表文章中提出。 其实 GAAFET 相当于 3D FinFET 的改良版，这项技术下的晶体管结构又变了，栅极和漏极不再是鳍片的样子，而是变成了一根根 “小棍子”，垂直穿过栅极，这样，栅极就能实现对源极、漏极的四面包裹。 看起来，好像原来源极漏极半导体是鳍片，而现在栅极变成了鳍片。所以 GAAFET 和 3D FinFET 在实现原理和思路上有很多相似的地方。 不管怎么说，从三接触面到四接触面，并且还被拆分成好几个四接触面，显然，这次栅极对电流的控制力又进一步提高了。此外，GAA 的这种设计也可以解决原来鳍片间距缩小的问题，并且在很大程度上解决栅极间距缩小后带来问题，例如电容效应等。 总之，在 GAAFET 技术的巧妙帮助下，半导体制程工艺的进化之路还将进一步往前走，并将成为 5nm 之后大家经常听到的关键词。 2、三星、英特尔和台积电，同样的态度，不同的进展 GAAFET 技术如此重要，显然目前芯片代工的三巨头英特尔、三星和台积电都在积极备战，准备在 5nm 之后的节点上大干一场。 首先要说明的是，前面我们讲到源极到漏极的 “小棍子”，只是举例，实际上也可以是其他形状，例如圆柱状、甚至是板状的等等。 就这一点，目前行业里分几种方案： 纳米线，就是采用圆柱或者方形的截面; 板片状，顾名思义，就是源极漏极的半导体设计成水平的板块状，通常会堆叠多个穿透栅极; 六角形截面; 纳米环技术，就是穿透栅极的半导体为环形截面。 在三巨头中，目前最积极高调的是三星，他们采用的是第二种方案，也就是堆叠的板片状方案。目前三星也是三巨头中唯一一家公布自己在 GAA 上详细技术方案的企业。 三星还给自家 GAA 技术取了个独特的名字：Multi-Bridge Channel，简称 MBCFET。 三星表示，他们会在 3nm 这一节点上使用 MBCFET 技术。MBCFET 相比纳米线技术拥有更大的栅极接触面积，从而在性能、功耗控制上会更加出色。 就板片状的技术方案来说，三星透露其目前设计每个晶体管上堆叠 3 条板片，板片厚度为 5nm，板片之间的距离为 10nm，同时栅极长度为 12nm 等。 在具体表现方面，三星还称第一代的 3nm MBCFET 相比 7nm FinFET 会有 35% 的性能提升，功耗会降低 50%，芯片面积则会缩减 45%，电压则可以下降到 0.7V。 三星更是信心满满地表示，2020 年底，他们的 MBCFET 就可以开始风险试产，2021 年有望大规模量产，同时 2021 年他们还会推出第一代 MBCFET 的优化版本。 值得一提的是，三星在 GAA 上也尝试了其他技术方案，不同方案在性能、功率方面的表现也不同，未来可以根据芯片应用场景的差异来匹配对应的方案。 相比三星的激进，台积电这边就相对保守了，目前他们已经表示，3nm 节点上将会继续打磨 FinFET 技术，而不是急于上马 GAAFET。 主要原因是台积电切入 GAA 技术的时间相对晚于三星，同时也为产业链平稳过渡考虑。至于什么时候会使用 GAA 技术，官方还没有明确公布。但根据外界的消息，台积电会在 2nm 节点上采用 GAA 技术。 台积电已表示，2nm 研发生产将落脚新竹宝山，将规划建设 4 个超大型晶圆厂，投入 8000 名工程师，目前已经交付研发，根据规划，2nm 工艺预计会在 2023 年开始风险试产，2024 年量产。 至于英特尔，按照他们的进度，2021 年会推出 7nm 工艺，采用的仍然是目前的 SuperFinFET，而到 2023 年，他们会在 5nm 这个节点上放弃 FinFET 晶体管，转向 GAA 环绕栅极晶体管。这个消息来自产业链，并非英特尔官方公布，但此前英特尔曾表示，将在 5nm 工艺重新夺回领导地位，由此来看，他们在 2023 年的 5nm 节点上推出 GAA 工艺是大概率会发生的。 3、半导体行业还没有到极限 就像 FinFET 工艺拯救了芯片产业，在 5nm 之后的时代，GAAFET 也将成为带领半导体行业进一步发展的关键。当然，在这背后，每前进一步，都是行业付出巨大努力的结果。 就以 GAA 技术来说，三星透露其自家 3nm GAA 的研发成本比 5nm FinFET 更高，有可能超过 5 亿美元，巨大的研发成本首先就是摆在行业面前的一道坎。 同时 GAAFET 的工艺制造难度也是极高的，具体的细节这里就不说了，最难的地方自然是如何让栅极环绕源极和漏极的纳米线，这里面的工艺极其复杂，也只有对 FinFET 技术炉火纯青的半导体巨头才能应对这样的技术挑战。 此外，和 GAA 技术配套的 EUV 极紫外光刻技术也需要进一步成熟，解决光刻功率不够以及光子噪音等问题。 但好消息时，因为 GAA 相当于传统 FinFET 的 “改良版”，因此生产制造的很多技术细节和步骤是可以共用的，这意味着像三星、台积电和英特尔这些对 FinFET 技术非常熟悉的巨头，在 GAA 技术过渡时可能会比过去更加顺畅，产业化的时间也可能会更短。 最后，IT之家想说的是，GAA 技术的推进，的确在很大程度上推进半导体工艺特别是先进制程上的发展。但随着制程技术越来越接近物理极限，想要把芯片继续做薄做小，先进制程也并不是唯一的道路，材料、封装等也都可以称为突破的道路。 胡正明教授曾经说过：FinFE 证实了这个产业还有很多可以用我们的智慧来解决的问题，我还真是看不到半导体产业发的极限。只要这个世界仍然对运算有需求，半导体行业的人们就会想出智慧的解决方案来拓宽行业的天花板，用技术让这个世界更加美好。

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  • 苹果自研芯片Apple Silicon，台积电独家代工

    苹果在发布会推出iPhone 12系列，而在此发布会后，苹果还将于11月再度为搭载了苹果自研芯片Apple Silicon的MacBook举行新品发布会。 该芯片是由台积电独家代工的，而笔记本电脑零件组装厂则是广达。 根据彭博社记者Mark Gurman的透露，苹果首款搭载了自研芯片Apple Silicon的MacBook将于11月发布，而知名苹果分析师郭明錤也曾表示苹果的首款ARM架构Mac电脑将会是13英寸的MacBook Pro。 根据郭明錤在7月份发布的报告，苹果在未来预计会发布采用Apple Silicon的13英寸MacBook Pro(今年Q4量产)、采用Apple Silicon的MacBook Air、采用Apple Silicon的14英寸/16英寸MacBook Pro。 关于苹果的首款自研芯片Apple Silicon，外媒WccfTech曾经表示其具有8个性能核心+4个效率核心，而13英寸的 MacBook Pro将会首发这款芯片。

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  • 日本电子巨头TDK向美申请出口许可，特供华为

    据日本经济新闻，日本电子零部件巨头TDK已向美国申请出口许可，请求正常向华为供应用于5G技术的电子零部件。 TDK主要为华为智能手机提供可充电电池，高盛日本分析师Daiki Takayama指出，若失去重要买家华为，TDK的营收将损失多达90亿日元(约合人民币6.6亿元)。 日经新闻指出，在向华为供货的日本供应商中，TDK、村田(Murata)、京瓷(Kyocera)和太阳诱电(Taiyo Yuden)是最容易受到冲击的公司之一。高盛的研究数据显示，停止向华为供货后，这四家企业的利润将减少250亿日元(约合人民币18.3亿元)。 除了这四家日企，其他日本设备供应商也停止了对华为供货，报道指出，2019年华为从日企采购了超过1万亿日元(约合人民币735.5亿元)的零部件和设备，在美国举动下，这些日企将无可避免地遭受损失。 截至目前，在日本企业当中，索尼以及铠侠(KIOXIA )也相继提交了出口许可的申请。分析指出，未来将会有越来越多的日本企业向美国寻求对华为供货。 那么，在日本企业减少向华为供货后，目前华为芯片够用吗?据驱动之家10月12日消息，目前华为手机的芯片储备较为充足，除了从台积电囤货外，联发科也在断供日前抢先对华为供应了大量芯片。 消息指出，9月联发科向华为出货了1300万颗芯片，价值将近3亿美元的芯片，而这些芯片足够华为支撑一个多月。

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  • IBM拆分，业务转型

    根据最新的报道显示，IBM将拆分出IT基础架构服务部门，成为一家新的上市公司，加速向云计算领域转型，未来聚焦于云与 AI 的主航道上，以便能专注于包括红帽在内的混合云业务。在此轮拆分完成之后，IBM公司的软体及解决方案产品组合将在其总体收入中占据大部分比例。 当然，IBM也会正式被拆分为两家上市公司，一家公司继续保持原有的硬件业务以及技术开发，而原有的红帽等公司的业务，则被收纳入新公司，作为软件和云业务的服务商。 据了解，IBM 业务包括云及认知软件业务、全球企业咨询服务业务、全球信息科技服务业务、系统业务、融资业务。即将拆分的传统技术服务业务，属于 IBM 的 IT 基础架构服务业务，帮助企业级用户维护、升级计算业务，年营收约 190 亿美元。拆分后将单独上市，暂时命名为 NewCo。 其余业务，云业务、硬件、软件和咨询服务部门占据 IBM 总营收 75%，将继续保留在 IBM 之下。IBM 之所以再次拆分主要是考虑到传统的旧业务持续萎缩，掩盖了包括云在内新业务的强劲增长，长期拖累 IBM 整体业务营收表现，令资本市场感到失望。 IBM 新任印度裔 CEO 阿文德·克里希纳(Arvind Krishna)也很直白地表示，IBM 再「分裂」主要是为了让 IBM 释放出增长潜力，将云与 AI 作为增长引擎。而这一「里程碑」、「重新定义自己」的拆分举动，在克里希纳看来，「一切都是红帽(Red Hat)给予 IBM 的勇气与信心。」 1、云中「瑞士」不好当 2018 年，IBM 耗资 340 亿美元收购红帽，成为继微软宣布收购 GitHub 后，开源乃至云计算界又一爆炸性新闻。IBM 收购红帽之所以具有「轰动」效应，可以一分为二看待。从交易金额上来看，340 亿美金创造了全球科技收购史之最，成为 Dell 购 EMC，Avago 购博通后，第三大收购案例。 从红帽的价值来看，红帽作为开源解决方案提供商，借助于 Linux 和 Kubernetes(用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用)等开源技术，以推动企业 IT 发展。 「红帽 Linux 是红帽设计的基于 Linux 的操作系统，这个操作系统被广泛的应用于云服务器。红帽主张以开源技术来释放混合云及多云的潜力，即用户可以随时在不同公有云品牌间进行切换。」深度科技研究院张孝荣告诉极客公园(ID：geekpark)。 进一步来说，在传统 IT 向云迁移的今天，红帽拥有混合云、多云的关键技术，是连接公有云与私有云的桥梁。比如，容器、Kubernetes 技术是混合云、多云市场的「宠儿」，红帽基于 Kubernetes 开发的容器协调平台 OpenShift，整合了一系列管理工具与安全功能，是影响企业生产力的关键平台。 而这一切都是 IBM CEO 克里希纳主导下完成，收购红帽成为 IBM 发展史上的关键事件。 今年年初，克里希纳接替罗睿兰(Ginni Rometty)成为 IBM 新任 CEO，上任后，克里希纳明确了未来 IBM 的两大战略，混合云和 AI 人工智能。「让红帽 OpenShift 成为混合云的默认选择。」 同时，克里希纳认为，云和 AI 增长空间很大，「IBM 入云的旅程只有 20%-25%，距离 AI 的路途仅有 4%。」 通过混合云路径，IBM 想做云市场中的「瑞士」的目的昭然若揭，但真如克里希纳描述的那么轻而易举吗? IBM 已经彻底失去了公有云市场的入场券。来自多个第三方机构数据显示，全球公有云市场格局稳固，呈现 3A 态势，亚马逊 AWS、微软 Azure、阿里云三家占据全球过半份额。当前公有云红利衰退，混合云、多云将成为云市场下一波浪潮。 但混合云、多云市场同样竞争激烈。在操作系统产品、中间件、虚拟化、云技术等方面，红帽将与微软、甲骨文、VMware、Pivotal 等企业展开竞争。「在虚拟化工具、操作系统、中间件、服务程序与管理组合产品中，用微软产品的企业也不少。」张孝荣说。 而在混合云、多云发展图谱上来看，美国、欧洲市场规模最大，IBM 主要战场将聚焦于此。不少海外分析师认为，即便 IBM 拥有红帽，也无法与亚马逊 AWS、微软 Azure 在内的主流云计算厂商产生正面竞争。 2、IBM 错过的那些年 回顾 IBM 长达 109 年的发展历程，拆分不是第一次。 如克里希纳在电话会议上所言，「IBM 在上个世纪 90 年代剥离了网络业务，在 2000 年代剥离了 PC 业务，大约五年前剥离了半导体业务，因为这些业务不符合 IBM 业务整合的价值理念。」 IBM 不断顺应时代节奏「甩包袱」，同时也不断被时代淹没、碾压，成为创新市场上的「弃儿」。 2002 年，亚马逊启动 AWS 平台，为开发人员提供工具与服务。2006 年，通过三款简单的服务产品，亚马逊正式上线 AWS。微软 Azure、谷歌云也在 2010 年左右，推出公开的云服务产品。 尽管 IBM 进入云计算市场不晚，2007 年与谷歌合作开设云计算课程，推出「蓝云」云计算商业解决方案。2013 年，开始讨论混合云、私有云战略。但实际上，从 2000 到 2010 年代，IBM 一直忙于「瘦身」、「卖卖卖」，先后将利润微薄的 PC 业务、x86 服务器业务剥离，打包出售给联想。并没有将大量资源、资金投入在云计算业务中。 「IBM 没有认真投入去做公有云，大部分资源还是在技术、商业服务部门，围绕着云做一些 IT 服务。」IDC 分析师周振刚说。 2015 年具有先发优势的亚马逊 AWS 实现盈利，增长超过市场预期。IBM 猛然意识到云战略的重要意义，这一年，IBM 发起十余次云相关的收购，以催熟云业务。一年后，IBM 正式宣布云转型。 不过，转型收效甚微。除 IBM 的硬件厂商属性、客户资源有限外，IBM 押注云方向出现失误。比如，没有在数据中心上投资，大肆宣传区块链、AI 人工智能，路线走偏。IBM 在云市场中的份额不升反降，成为其他类别。 IBM 错失了云计算时代。 2011 年，IBM 沃森 AI(Watson)在《危险边缘》节目中击败两名人类选手，并宣布医疗将成为沃森的主要应用领域。IBM 入场 AI 较早，但高估了 AI 医疗的潜力，引起很大争议。医疗保健系统极为复杂，沃森机器学习方式与医生工作方式完全不匹配。 沃森系统极为封闭，没有第三方系统集成商，没有软件开发工具包。如同一个「黑匣子」，一端输入一端输出结果。在商业化回报上对 IBM 也无裨益。Jefferies 分析师基斯纳(James Kisner)曾经称，「沃森永远不可能为 IBM 贡献可观收入，IBM 也无法从 AI 投资中收回成本。IBM 在 AI 编程人才竞争中，全部输给了亚马逊、微软、谷歌甚至数百个初创企业。」 IBM 又错失了 AI 的第三次浪潮。 同样身处转型的软件巨头微软，一直拿来与 IBM 进行比较。微软也错失了移动互联网在内的关键节点，微软规模从最初仅为 IBM 百分之一大小，到超越 IBM，市值超万亿美元，源于萨提亚·纳德拉时代的微软，全力拥抱云计算与开源。 IBM高管表示：云端运算发展已经进入第二时期。到2020 年，混合云将有1 万亿美元的市场需求，但至今仍有80% 的企业数据尚未迁移到云上，究其原因主要就是欠缺了一套一致性和高安全性的云管理机制，这也是IBM 看好混合云的原因。但是IBM 的云与开源之路，效果如何依然是未知数。

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  • 中芯国际突破关键技术，IP实现自主国产

    近日，中国一站式IP和定制芯片企业芯动科技宣布：已完成全球首个基于中芯国际FinFET N+1先进工艺的芯片流片和测试，所有IP全自主国产，功能一次测试通过。N+1工艺在功耗及稳定性上与7nm工艺相似，但性能要低一些(业界标准是提升35%)，主要面向低功耗应用，其后还会有面向高性能的N+2。 N+1工艺是中芯国际在第一代先进工艺14nm量产后，第二代先进工艺的代号。据透露，与14nm相比，N+1工艺有了更大的突破——性能提升20%、功耗降低57%以及逻辑面积缩小63%，中芯国际联合CEO梁孟松披露，在功率和稳定性方面，N+1和7nm工艺非常相似，唯一区别在于性能方面，N+1工艺提升较小。 流片是芯片量产前的一个必要步骤。为了测试集成电路设计是否成功，需要对芯片进行试生产，以检验电路是否具备所需的性能和功能。如果流片成功，就可以大规模地量产芯片;反之，就需要找出其中的原因，并进行相应的优化设计。 中芯国际的N+1工艺有望于2020年底小批量试产。按照这样的时间表推测，如果顺利的话，中芯国际N+1工艺确实可能会在2021年规模量产。 除了手机处理器使用到最先进芯片制程之外，许多的芯片对于制程的要求并不高，以台积电为例，台积电2019年晶圆出货量达1,010万片12寸晶圆约当量，上年为1,080万片12寸晶圆约当量。先进制程技术(16nm及以下更先进制程)的销售金额占整体晶圆销售金额的50%，高于上一年的41%。提供272种不同的制程技术。 而剩余的50%都是16nm以上制程，可以说，中芯国际的7nm工艺将满足国内绝大部分芯片需求。在目前缺少第五代EUV光刻机的情况下，中芯国际也很难再向5nm工艺迈进。 目前中芯国际收到美国的制裁，也在一定程度上影响了其先进制程的研发，虽然中芯国际受到美国出口限制，但是目前中芯国际的情况还未到最糟糕的时刻。目前美国并未将中芯国际列入实体清单，中芯国际也仍有望顺利获得部分的许可，以使得部分成熟的制裁的生产能够维持。 不过，对于中芯国际来说，其目前仍严重依赖美系半导体设备供应商，包括美国美国应用材料、泛林集团、科磊、泰瑞达等。所以，首先需要考虑的则是，如何维持足够长时间的运转，以便能够支撑到不受美国制约的去美化产线的建成。 中芯国际的未来，还要靠国内建成完善成熟的芯片产业链，从而可以实现高端芯片设计制造都可以在国内完成。

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  • 日本在MLCC领域的优势远超中韩

    据日经亚洲评论报道，电子器件厂商在5G智能手机的供货方面竞争激烈。其中，在4G产品上拥有稳固市场份额的日本制造商希望通过MLCC的微型化技术，保持其对于中国和韩国竞争对手的领先优势。 村田制作所董事长村田恒男表示：“考虑到目前的芯片安装技术，它的尺寸要尽可能小。”该公司展示了该公司的新型多层陶瓷电容器，这些电容器也已经开始大量生产，是智能手机的关键部件。 在智能手机中，MLCC用于存储和放电以维持电路中的稳定电流。村田制作所的新设备尺寸仅为0.25毫米x 0.125毫米，是世界上最小的MLCC，体积仅为同类产品的五分之一，但蓄电能力却是其十倍。 MLCC放置在智能手机的整个电路板上。高档电话中使用了大约800个MLCC。在5G手机中，这个数字又要高出20%。 英国技术研究专家Omdia的日本电子研究负责人南川明(Akira Minamikawa)表示，由于其先进的微型化技术，日本MLCC制造商在竞争中具有超越外国竞争对手的坚实优势。他说：“中国和韩国的竞争对手仍然不能‘复制’日本的MLCC”。 5G智能手机比4G型号需要更多具有更严格规格的零件，以便以更高的速度处理更大的吞吐量。由于空间非常宝贵，因此5G设备在很大程度上依赖于可以缩小零件并增强其功能的技术。 占用最多空间的组件是电池。5G手机消耗更多的功耗，且可以更快地处理更多数据。不过因为受设计体积限制，5G手机需要更大容量的较小电池。 TDK在香港的子公司Amperex Technology占据了全球智能手机锂离子电池市场30%的份额，他们今年来一直在通过开发层压锂离子电池来提升其小型化技术。 总部位于东京的Techno Systems Research的研究人员藤田满隆(Mitsutaka Fujita)表示，除了苹果(Apple)和三星电子(Samsung Electronics)等传统客户外，ATL还为中国和其他地区的中型制造商提供了越来越多的服务。他预测，今年ATL的市场份额将继续增长。 智能手机还配备了过滤器，可通过屏蔽其他频率来拾取特定频率。随着电话必须处理的频段数量增加，对滤波器的需求也随之增加。5G手机不仅可以处理Sub-6 GHz频谱和毫米波段(24.25 GHz至52.6 GHz)的高频范围，而且还可以处理较旧手机使用的高频范围。 一种广泛使用的滤波器称为表面声波滤波器。典型的智能手机配备了约50科此类芯片，但预计5G手机中的数量将增加到多达70种。 由于Sun-6 GHz和毫米波段的频率比前几代无线技术所使用的频率更高，因此常规的滤波技术可能不够精确。为了应对这一挑战，村田制作所于10月份收购了设计无线电滤波器的美国公司Resonant的股份。村田制作所计划使用与Resonant共同开发的技术来创造新产品，并于2022年开始批量生产。 5G技术还需要更小的连接器来连接印刷电路板。它们必须以极低的噪声工作，以免干扰高速数据通信。 NEC子公司Japan Aviation Electronics Industry正在研究制造无噪声连接器的新技术。该公司正在利用其为航空航天应用开发的技术来在5G智能手机组件市场中立足。 许多日本电子元件制造商自行开发材料和制造设备。他们拥有无法效仿的核心技术，使竞争对手无法复制其产品。 南川明说：“中国和韩国的竞争者将在未来十年缩小与日本竞争者的差距，但由于日本制造商还将发展其技术，它们将无法轻易追赶。” 但是，尽管有这些优势，日本制造商并没有在智能手机零件的整体市场中占据主导地位。例如，三星和其他韩国公司控制着全球90%的有机发光二极管显示器市场，这些显示器由于比LCD更薄，更轻而在越来越多的5G手机中使用。 尽管中国京东方科技集团(BOE Technology Group)试图从韩国竞争对手手中夺取份额，但在这一领域却鲜有日本公司参与。 同时，许多美国公司是智能手机芯片技术的领导者。高通公司计划在2021年推出兼容5G的处理器，专家表示，这将为低价手机带来更快的网络标准。这将是高通公司的最新芯片组产品，高通公司正在稳步扩展其5G兼容产品组合。 Kioxia是唯一一家至今仍屹立不倒的日本存储芯片制造商。该公司正为大规模生产下一代存储器做准备，以利用对大容量产品需求的预期增长获利。 该公司高层说，随着数据中心和其他设施数量的增加，“从中长期来看，对内存的需求将持续增长”。 中美之间的技术至上之战可能使日本5G组件制造商受益。南川明还表示：“如果美国和中国继续为争夺霸权而陷入僵局，中国制造商在技术联盟排行榜上的迅速攀升势必会放缓。”

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  • 氮化镓，日本加大力度研究的新一代半导体材料

    据日本媒体报道，日本经济产业省(METI)加大对新一代低能耗半导体材料“氧化镓”的重视，为致力于开发新材料的企业提供大量财政支持，及METI将为明年留出大约2030万美元去资助相关企业，预计未来5年的资助将超过8560万美元。 经历了日美“广场协定”的日本 在半导体领域的优势已经完全转移到了材料和设备方面，如在硅片方面，日本的几家公司名列前茅，各种用在半导体芯片生产的气体和化合物方面，日本也不遑多让。 最近内国内媒体常提到的EUV光刻方面，虽然日本并没有提供相应光刻机，但他们几乎垄断了全球的EUV光刻胶供应，所以他们看好的半导体材料，是有一定的代表意义的。 在这里，我们来深入了解一下日本看好的这项半导体材料是什么。 1、什么是氧化镓? 氧化镓(Ga2O3)是一种新兴的超宽带隙(UWBG)半导体，拥有4.8eV的超大带隙。作为对比，SiC和GaN的带隙为3.3eV，而硅则仅有1.1eV，那就让这种新材料拥有更高的热稳定性、更高的电压、再加上其能被广泛采用的天然衬底，让开发者可以轻易基于此开发出小型化，高效的大功率晶体管。这也是为什么在以SiC和GaN为代表的宽带隙(WBG)半导体器件方面取得了巨大进步的时候，Ga2O3仍然吸引了开发者的广泛兴趣。 2、Si，SiC，GaN和Ga2O3对比 从器件的角度来看，Ga2O3的Baliga品质因子要比SiC高出二十倍。对于各种应用来说，陶瓷氧化物的带隙约为5eV，远远高于SiC和GaN的带隙，后两者都不到到3.5eV。因此，这种陶瓷氧化物器件可以承受比SiC或GaN器件更高的工作电压，导通电阻也更低。 再从另一个角度看，易于制造的天然衬底，载流子浓度的控制以及固有的热稳定性也推动了Ga2O3器件的发展。相关论文表示，用Si或Sn对Ga2O3进行N型掺杂时，可以实现良好的可控性。尽管某些UWBG半导体(例如AlN，c-BN和金刚石)在BFOM图表中击败了Ga2O3，但它们的广泛使用受到了严格的限制。换而言之，AlN，c-BN和金刚石仍然缺乏高质量外延生长的合适衬底。 相关报道指出，Ga2O3具有五个不同的相态，其中，α相具有与Al2O3或蓝宝石相同的刚玉型晶体结构，这为研究者们在蓝宝石衬底上实现无应力Ga2O3层的沉积的提供了研发思路。 相关统计数据显示，从数据上看，氧化镓的损耗理论上是硅的1/3,000、碳化硅的1/6、氮化镓的1/3。这就让产业界人士对其未来有很高的期待。而成本更是让其成为一个吸引产业关注的另一个重要因素。 3、按步骤划分的Ga2O3衬底制造成本 据市场调查公司-富士经济于2019年6月5日公布的宽禁带功率半导体元件的全球市场预测来看，2030年氧化镓功率元件的市场规模将会达到1,542亿日元(约人民币92.76亿元)，这个市场规模要比氮化镓功率元件的1,085亿日元规模还要大。 4、行业的领先厂商 既然这个材料拥有这么领先的性能，自然在全球也有不少的公司投入其中。首先看日本方面，据半导体行业观察了解，京都大学投资的Flosfia、NICT和田村制作所投资的Novel Crystal是最领先的Ga2O3供应商。 相关资料显示，Flosfia成立于2011年3月，由京都大学研究人员Toshimi Hitora，Shizuo Fujita和Kentaro Kaneko共同创立，不同于世界其他地区对GaN或SiC外延生长的方法研究，Flosfia的研究人员开发了一种新型的制备方法，它是将氧化镓层沉积于蓝宝石衬底上来制备功率器件。这主要依赖于其一项名为“Mist Epitaxy”(喷雾干燥法)的化学气相沉积工艺。 5、Mist Epitaxy简单介绍 我们知道，传统的化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition;CVD)是在真空状态下借反应气体间的化学反应产生所需要的薄膜，但大面积化有其困难，花费成本大也是问题点之一。但Flosfia所采用的Mist Epitaxy是将液体雾化之后再应用至成膜制程上。由于原料为液体，所以原料的选择性大幅提高，不需真空处理亦使得大面积化变得可行，这就有助于降低成本支出。 按照Flosfia官方所说，他们所产生的MISTDRY技术使他们能够基于氧化镓制造二极管和晶体管，而这些二极管和晶体管只需要比以前的体积少十分之一的电源。 6、传统SBD同样Flosfia的SBD的对比 从官网可以看到，公司在2015年所首发的肖特基势垒二极管(SBD)已经送样，而其521V耐压器件的导通电阻仅为为0.1mΩcm，855V耐压的SBD导通电阻也只是为0.4mΩcm。由此足以见证到这些器件的优势。 因为材料属性的原因，有专家认为用氧化镓无法制造P型半导体。但京都大学的Shizuo Fujita与Flosfia合作在2018年成功开发出具有蓝宝石结构的Ga2O3绝缘效应晶体管(MOSFET)，根据这项研究的结果，功率转换器的小型化可能会达到十分之几，并且降低成本的效果有望达到总功率转换器的50%。这就让这项技术和产品有望应用于需要安全性的各种电源中，并有望支持电动汽车和小型AC适配器的普及。 同样也是在2018年，电装与Flosfia决定共同开发面向车载应用的下一代Power半导体材料氧化镓(α-Ga2O3)。据电装表示，通过这两家公司对面向车载的氧化镓(α-Ga2O3)的联合开发，汽车电动化的主要单元PCU的技术革新指日可待。此技术将对电动汽车的更轻量化发展，燃料费用的节约改善起到积极作用，从而实现人、车、环境和谐共存。 从Flosfia的报道可以看到，他们也计划今年扩大规模，并实现量产。 Novel Crystal Technology(以下简称NCT)则成立于2015年，公司所采用的方案是基于HVPE生长的Ga2O3平面外延芯片，他们的目标是加快超低损耗，低成本β-Ga2O3功率器件的产品开发。开发出β-Ga2O3功率器件。 资料显示，NCT已经成功开发，制造和销售了直径最大为4英寸的氧化镓晶片。而在2017年11月，Nove Crystal Technology与Tamura Corporation合作成功开发了世界上第一个由氧化镓外延膜制成的沟槽MOS型功率晶体管，其功耗仅为传统硅MOSFET的1/1000。 7、氧化镓沟槽MOS型功率晶体管的示意图 按照他们的规划，从2019财年下半年开始，NCT将开始提供击穿电压为650-V的β-Ga2O3沟槽型SBD的10-30 A样品。他们还打算从2021年开始推进大规模生产的准备工作。公司还致力于快速开发100A级别的β-Ga2O3功率器件。 自2012年以后，业界不断公布关于氧化稼功率元件的研发、试做成果。迄今为止，已经试做了横型MES FET、横型MOS FET、Normally Off的纵型MIS FET。在SBD的实验中，已经证明了氮化镓器件的导通电阻比碳化硅的SBD低得多!在初级试验阶段就可以证明其性能超过碳化硅功率元件。而现在参加研发的日本企业持续增加。 来到美国方面，在今年六月，美国纽约州立大学布法罗分校(the University at Buffalo)正在研发一款基于氧化镓的晶体管，据他们介绍，基于这种晶体管打造的器件能够处理8000V以上的电压，而且只有一张纸那么薄。可以帮助制造出更小、更高效的电子系统，用在电动汽车、机车和飞机等场景。 此外，美国佛罗里达大学、美国海军研究实验室和韩国大学的研究人员也在研究氧化镓MOSFET。佛罗里达大学材料科学与工程教授Stephen Pearton表示，它们看好氧化镓作为MOSFET的发展潜力。 8、中国在这个领域的现状 面对这项新技术，国内表现又是如何呢? 让我们从网上的材料一窥其蛛丝马迹。 据观察者网在2019年2月的报道，中国电科46所经过多年氧化镓晶体生长技术探索，通过改进热场结构、优化生长气氛和晶体生长工艺，有效解决了晶体生长过程中原料分解、多晶形成、晶体开裂等问题，采用导模法成功制备出高质量的4英寸氧化镓单晶。报道指出，中国电科46所制备的氧化镓单晶的宽度接近100mm，总长度达到250mm，可加工出4英寸晶圆、3英寸晶圆和2英寸晶圆。经测试，晶体具有很好的结晶质量，将为国内相关器件的研制提供有力支撑。 在2019年12月，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣课题组和西安电子科技大学郝跃课题组教授韩根全携手。在氧化镓功率器件领域取得了新进展。 据中国科学院上海微系统与信息技术研究所报道，欧欣课题组和韩根全课题组利用“万能离子刀”智能剥离与转移技术，首次将晶圆级β-Ga2O3单晶薄膜(<400 nm)与高导热的Si和4H-SiC衬底晶圆级集成，并制备出高性能器件。报道指出，该工作在超宽禁带材料与功率器件领域具有里程碑式的重要意义。首先，异质集成为Ga2O3晶圆散热问题提供了最优解决方案，势必推动高性能Ga2O3器件研究的发展;其次，该研究将为我国Ga2O3基础研究和工程化提供优质的高导热衬底材料，推动Ga2O3在高功率器件领域的规模化应用。 而在今年六月，复旦大学方志来团队在p型氧化镓深紫外日盲探测器研究中取得重要进展。报道表示，方志来团队采用固-固相变原位掺杂技术，同时实现了高掺杂浓度、高晶体质量与能带工程，从而部分解决了氧化镓的p型掺杂困难问题。 9、结语 可以肯定的是，氧化镓是一个很好的材料，但从西安电子科技大学郝跃院士在《半导体学报》的报道看来，氧化镓氧的低热导率问题值得关注，而P型掺杂依然是一个巨大的挑战。 其他挑战还包括研制出具有低缺陷密度高可靠的栅介质、更低阻值的欧姆接触、更有效的终端技术比如场版和金属环用来提高击穿电场、更低缺陷密度及更耐压的Ga2O3外延层以及更大更便宜的单晶衬底。 氧化镓功率器件为高效能功率器件的选择提供新的方案，它的未来将大放光彩。

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  • 大陆AMOLED驱动芯片市场占比不足1%，该如何提高本土化率？

    屏幕芯片市场的大半份额目前被掌握在韩国企业手中，在半导体面板综合市场，日韩企业在短时间内仍占据一定优势。韩系驱动芯片厂商LSI、Maganachip等得益于三星、LGD AMOLED的业绩优势，目前在全球AMOLED面板驱动芯片市场占据着75%的份额。 有机构预计，2020年，中国大陆厂商在全球AMOLED面板驱动芯片市场中的占比将达5%。该预测很可能过于乐观，实际上中国大陆AMOLED面板驱动芯片厂商的生存现状远比想象的还要残酷。2020年，中国大陆厂商在全球AMOLED面板驱动芯片市场占比可能连1%都不到。 为何AMOLED驱动芯片本土化率如此之低?中国大陆厂商该如何进一步提升AMOLED驱动芯片本土化率? 一、OLED驱动芯片投资潮兴起 随着中国大陆AMOLED面板产线陆续量产，近两三年中国面板厂商AMOLED出货持续攀升。根据群智咨询数据，2019年中国大陆AMOLED智能手机面板出货约5500万片，同比增长约165%，市场占比提升至12%。2020年尽管受疫情影响，智能手机市场持续低迷，但是Omdia仍然预计全球AMOLED智能手机市场将增长9%。 AMOLED市场的持续扩张将带动AMOLED面板驱动芯片需求的快速增长。2020年AMOLED面板驱动芯片全球市场规模预计60亿元，2021年有望达到80亿元。 面对巨大的市场前景，中国大陆驱动芯片厂商汇顶科技、集创北方、中颖电子、晟合微电子、格科微、云英谷、吉迪思、新相微、华为海思、芯颖、奕斯伟等纷纷涌入。 其中中颖电子从2009年就开始涉足面板驱动芯片研发，2015年AMOLED驱动芯片出样，2018年第三季度开始量产; 吉迪思在2016年第二季度量产刚性屏AMOLED芯片，2018年9月联手中芯国际正式量产40纳米AMOLED驱动芯片;2019年下半年，奕斯伟和云英谷开始量产AMOLED驱动芯片;今年6月，集创北方总部暨显示驱动芯片设计和先进测试基地项目正式开工;今年8月，广东晟合微电子有限公司已配合国内知名品牌作为第二供应商进行供货验证，其手机驱动芯片在出口市场全部验证通过。 显示行业人士透露，中国大陆AMOLED驱动芯片厂商已经在大量生产HD、FHD规格的产品。其中中颖电子、云英谷在AMOLED驱动芯片市场取得一定突破，实现了上百万片出货。 目前，韩国AMOLED驱动芯片厂商主导全球市场，中国台湾厂商和中国大陆厂商主要跟随着中国大陆AMOLED面板厂商的脚步逐渐成长，预计中国大陆厂商市场占比2021年有望超过1%。 二、OLED驱动芯片本土化率低 虽然中国大陆AMOLED驱动芯片厂商取得了一些技术突破，但是由于AMOLED驱动芯片技术难度大，中国大陆驱动芯片厂商积累不足，中国大陆面板厂商偏向采用更加成熟的AMOLED驱动芯片，中国手机大厂不敢冒险采用，导致中国大陆AMOLED驱动芯片厂商市场推进速度相对较慢。 目前，中国大陆AMOLED面板厂商处于发展初期，为了加快发展速度，更偏向采用相对成熟的AMOLED驱动芯片。原本三星LSI、Magna Chip、Silicon Works这三家韩系驱动芯片厂商是中国大陆AMOLED面板厂的首选，但是韩系驱动芯片厂商被限制向中国面板厂商供应AMOLED驱动芯片，拥有更多技术积累的中国台湾驱动芯片厂商成为中国面板厂商的第二选择。 在过去几年中，和辉光电和维信诺都采用瑞鼎科技的AMOLED驱动芯片，联咏也在2019年成为京东方主要AMOLED驱动芯片供应商之一，让台系驱动芯片厂商迅速发展，并跻身第二梯队。作为第三梯队的陆系驱动芯片厂商则主要依靠渠道切入维修市场，处于市场边缘地带。 AMOLED驱动芯片技术难度较大。以中颖电子AMOLED驱动芯片为例，虽然中颖电子早在2015年就推出FHD AMOLED驱动芯片样品，而且过去五年不断改版，不断升级，但是中颖电子至今还在停留在FHD阶段，可见 AMOLED驱动芯片有一定技术难度。 实际上，AMOLED驱动方式、像素排布与LCD的不同，所以AMOLED面板一般需要DMURA的电路补偿、特殊的像素排布算法。 据透露，OLED采用电流驱动，单颗像素需要多个TFT支持，但是随着晶体管阈值变化，TFT器件的电压会出现漂移现象，电流也会发生变化，影响OLED的亮度，所以OLED需要通过电路补偿的方式让电压不会出现漂移，消除MURA。 而且OLED像素排布方式与LCD RGB不同，所以驱动芯片需要采用一些特定的算法。此外，OLED驱动芯片需要先进的制程，例如，40nm、28nm工艺，流片和生产成本较高。 中国大陆OLED驱动芯片厂商属于后来者，技术积累不足，良率低。三星Display在OLED领域的投资已经超过15年以上，并进行全产业链进行布局，而中国大陆OLED产业还处于发展初期，大部分厂商处于亏损状态，无暇顾及驱动芯片发展，所以中国大陆驱动芯片厂商在OLED领域缺乏技术积累，需要一定的时间追赶。 显示行业人士表示，中颖电子在OLED驱动芯片领域积累了七八年的时间，才勉强打通OLED驱动芯片的一些基本技术难点，还无法攻克高PPI AMOLED驱动芯片技术，可见中国大陆AMOLED驱动芯片厂商还需要更多的技术积累。正因为缺乏技术积累，中国大陆厂商AMOLED驱动芯片的不良率较高，是同行业竞争对手50倍，很容易陷入亏损状态。 手机大厂虽然都在测试中国大陆OLED驱动芯片，但是不敢真正量产导入。手机厂商测试OLED驱动芯片周期一般需要几个月，而且很难一次性成功，所以国内手机厂商一般都不敢用国产OLED驱动芯片。 消息人士透露，国产OLED驱动芯片可靠性不足，很容易出事故。一旦发生事故，驱动芯片厂商不赔偿，面板厂商又不兜底，所以手机厂商一般都不会导入中国大陆厂商OLED驱动芯片。 华为相关负责人曾经引入过联咏驱动芯片，后面出现事故，导致这位负责人直接下台，现在华为相关负责人都不太敢用中国大陆AMOLED驱动芯片。 三、如何进一步提升本土化率? 随着中国大陆AMOLED产能不断释放，中国大陆AMOLED驱动芯片厂商将迎来巨大的本土化替代机会。特别是受到美国华为芯片禁令的影响，未来AMOLED驱动芯片本土化配套的速度将加快，资本也更愿意投资半导体领域。 显示行业人士指出，在中美科技战背景下，面板厂商、手机厂商、电视厂商等都自动达成了加快本土化配套的共识，中国大陆AMOLED驱动芯片厂商再也不需要去游说面板厂商或者终端厂商采用本土化的AMOLED驱动芯片。现在AMOLED驱动芯片本土化配套的环境非常友好。 目前，对于中国大陆AMOLED驱动芯片厂商来说，最为重要的是积累技术。要知道，“核心技术是买不来的”，通过挖角也不能解决核心技术难题。 中国大陆AMOLED驱动芯片厂商需要耐得住寂寞，沉下心来，慢慢练兵，从基础技术研究做起，才有机会突破核心技术，赶上中国台湾厂商和韩国厂商的步伐。 显示行业人士指出，中国大陆AMOLED驱动芯片投资很多，但是本土化配套率却很低，为什么?因为中国大陆厂商蹲马步还不够多。 晟合微电子总经理施伟建议，针对大陆面板企业及市场的特点，自研算法，加强芯片设计优化;加强技术攻关，主要是高压(32V)下抗干扰、芯片内数模混合信号间的抗干扰、内存的设计、自有接口协议开发与低功耗电源设计等。 核心技术固然关键，但是技术积累离不开团队，离不开人才。OLED技术还在不断改进、迭代中，如果没有一个强大的团队很难跟上OLED技术发展的速度。 显示行业人士认为，只有组建优秀的团队，经过三到五年的打磨，才有可能实现技术突破。甚至通过有效的管理方案可以压缩技术突破的时间，争取摆脱目前中国大陆AMOLED驱动芯片产业的困境。 回顾过去，中国大陆LCD驱动芯片的发展路径可以发现，要提升本地化驱动芯片的配套率并不容易，中国大陆液晶面板经过十几年的发展未能跟上韩国和中国台湾厂商的步伐。 如今AMOLED驱动芯片产业环境大为不同，一方面，中国大陆AMOLED驱动芯片厂商与中国台湾厂商差距不像当年LCD驱动芯片差距那么大;另一方面，中国大陆投资了大量的AMOLED产线，全球第二大AMOLED生产基地在中国。

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