我国芯片设计、制作工艺需加倍努力寻求突破

随着科技的发展，在半导体设计制造方面，各相关厂商相继突破制造工艺，提高市场竞争力。
2012年初，富士通半导体宣布交付其为中小型IC设计公司量身定制的55nm创新工艺制程(可兼容65nmIP、性能堪比40nm工艺)，一度引发中国IC设计业的震动。而在日前于重庆举办的“中国集成电路设计业2012年会暨重庆集成电路跨越发展高峰论坛”上，富士通半导体又一次带来惊喜，率先将已经量产的成熟28nm先进工艺和设计服务带给中国高端SoC设计业者。
“55nm创新工艺制程(CS250L和CS250S)推出后中国客户的反馈非常好，这和我们当初推出时的定位策略有关，如55nmtransistor不变，65nmIP可以重用等，这使得以前65nm客户可以很容易导入55nm制程。现在已经有2至3家消费类电子的用户在使用了，预计明年初将会有3个Tapeout。”富士通半导体ASIC/COT业务市场部副经理刘哲女士介绍说。
如果说高性价比的55nm创新工艺制程是为了一解处于激烈竞争中的本土中小客户IC设计之“渴”，那么此次富士通半导体带来的成熟已经量产的28nm半导体制造技术则是为帮助中国IC设计业应对高端先进制程SoC设计挑战而生。
当半导体制程进入40nm工艺节点以后，成本成为高端SoC设计企业面临的第一只“拦路虎”。如下图2所示为32nm/28nm及22nm/20nm工艺制程投资的各项费用，其中32nm/28nm工艺的收支平衡(Breakeven)为30-40Munits，而22nm/20nm工艺的Breakeven更高达60-100Munits，这样高的半导体制造成本不只掐住了中小IC业者的喉咙，也成为高端SoC设计厂商的巨大压力。再加上IP方面不菲的投资以及整合验证，财务风险可谓巨大。
虽然迈向尺寸更小的工艺节点实现了集成度和性能优势，但是设计和制造的复杂度也相应成倍增加，这成为高端SoC设计企业面临的第二只“拦路虎”。有关人士分析道：“28nm使得一切都变得非常复杂：Doublepatterning、Newinterconnectlayers、Difficultdesignrules、Devicevariation、Newtransistors等等。而曾经存在于半导体制造工艺中的诸如成本、产量、上市时间、盈利能力、可预测能力、低功耗(面积)、复杂性等各种问题现在也依然存在，不只存在，当工艺尺寸不断缩小，还会使问题变得更加糟糕。”
虽然迈向尺寸更小的工艺节点实现了集成度和性能优势，但是设计和制造的复杂度也相应成倍增加，这成为高端SoC设计企业面临的第二只“拦路虎”。刘哲分析道：“28nm使得一切都变得非常复杂：Doublepatterning、Layout-dependenteffects、Newinterconnectlayers、Difficultdesignrules、Devicevariation、Newtransistors等等。而曾经存在于半导体制造工艺中的诸如成本、产量、上市时间、盈利能力、可预测能力、低功耗(面积)、复杂性等各种问题现在也依然存在，不只存在，当工艺尺寸不断缩小，还会使问题变得更加糟糕。”
此外，不要忘记：Multi-sourceIP、混合信号和RF、3D-IC方法、系统级封装等这些新的设计方法也会使SoC设计面临更多的挑战。
在世界范围内，富士通半导体在40/28nm高端制程上的设计能力相比其他设计公司具有很大优势，并且富士通半导体在28nmIP上也处于领先位置。
和TSMC的密切合作是富士通半导体在28nm上的优势之一。“富士通半导体在TSMC的28nm工艺上的Tapeout数量也是名列前茅的，这使我们在对工艺制程的管理、优化方面积累了大量经验。”有关人士介绍说
例如刚开始的28nm工艺可能会有一些良率(yield)不稳定的问题，通过和TSMC的项目合作，富士通提高了量产的良率，包括稳定良率，在这方面取得了非常大的成果，这也是其若干客户先进设计项目能够量产的一个很重要因素。
“量产与否，在半导体设计和制造领域是有质的区别的。现在市场上宣称有28nm项目的设计服务厂商不少，但真正拥有能够进入量产的28nm设计经验的可以说是寥寥无几。而富士通半导体此次宣布的成熟已经量产的28nm创新工艺技术(CS450HP、CS450G、CS450LP)正是为了将先进的高端ASIC方案和设计服务带给中国厂商，以填补国内市场在这个领域的空白。”有关人士表示。
但不可否认的是，在工艺制程上虽然国内引入了富士通的28nm制造工艺，但和世界其它一流厂商的最高制造工艺还是有差别。其中英特尔公司明年则会采用22纳米工艺。到2014年，英特尔计划将芯片工艺降至14纳米(理论最低值为10纳米)级别，通过这种措施，便可在相同体积内实现更高的性能。例如，在尺寸相同的情况下，14纳米工艺的芯片将达到28纳米工艺的两倍。国内需要在芯片制造领域取得更多的突破，在掌握现在制造工艺的基础上，进一步研发高精芯片制造工艺。