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  • 芯片断供，华为是否考虑“降维”做汽车？

    今天，关于美国5月15日下发的对华为芯片管制升级令正式到期，而此次美国没有延长缓冲期。这意味着，台积电已停止为华为代工生产麒麟芯片，高通、三星及SK海力士、美光等都将不再供应芯片给华为。 华为将何去何从?根据《证券日报》消息：据华为的合作商透露，华为目前没有B计划，后续华为可能从高端手机“降维”至汽车、OLED屏驱动等，配之以软件、手机周边产品补洞。 “华为现在真的‘没路’了，高端方面确实做不了了，后续只能降维做汽车或者OLED驱动等，以及发展发力笔记本电脑、平板等其他手机周边产品。”这位熟悉华为的专业人士如此评价。 1、华为要降维做汽车? 根据美国的禁令，华为在7nm工艺芯片受到“禁售”的制约，但是中国国内目前可以完成14nm或28nm技术的芯片，而汽车、笔记本等产品差不多14nm的芯片就够用了，这对华为来说确实是一条出路。 虽然禁令已经开始实施，但并不意味着华为马上就没有高端芯片可用。在缓冲期执行期间，华为通过台积电、三星、高通等公司订购了一批存货，9月14日下午，华为消费者业务CEO余承东在其个人微博发布视频，表示下一代Mate手机将如期而至。 但存货早晚都会用尽，从目前的情况来看，搭载高端麒麟芯片的下一代Mate手机很可能上市即成绝版。降维做汽车智能系统，看起来是一条合乎当前局势的权宜之计。 而在上个月，华为技术有限公司(华为投资控股有限公司的全资子公司)进行了工商登记信息变更，业务范围中增加了汽车零部件及智能系统的研发。 这一切都说明，华为降维做汽车不是空穴来风，而是确有其事。 2、华为早已布局智能汽车 华为会推出自己的华为HUAWEI汽车，或者荣耀HONOR汽车吗? 答案是否定的。早在2019年4月17日，华为轮值董事长徐直军表示，华为不造车，致力于成为面向智能网联汽车的增量部件垂直供应商。 早在2018年，华为就发布了自己的自动驾驶方案——MDC600，系统由8颗昇腾芯片提供算力支持，这意味着，MDC600能为L4乃至更高级别的自动驾驶提供支持。 在8月14日的2020中国汽车论坛上，华为公布了三大鸿蒙车载OS系统，同时还宣布已经有大量合作伙伴基于鸿蒙OS进行开发。 这三大鸿蒙OS分别是——鸿蒙座舱操作系统HOS、智能驾驶操作系统AOS和智能车控操作系统VOS，分别涉及智能汽车的座舱、驾驶及控制系统。 不过华为智能汽车解决方案BU总裁王军王军也表示，“弱水三千，只取一瓢，我们坚持有所为、有所不为，华为并不造车。 3、华为在智能汽车领域的优势 华为在智能汽车方面的优势涉及方方面面，但核心包括三大方面，全是世界级的。 其一，世界级的芯片设计能力。 “自动驾驶所需要的计算力，是过去任何一台计算机都没有达到过的。”英伟达掌门人黄仁勋曾在公开场合不止一次说过这句话。自动驾驶的紫禁之巅，仍是计算能力的天下。 华为虽然受到高端芯片断供的制约，但并不能说明华为在芯片领域不强。华为的芯片设计能力世界一流，旗下的高端芯片麒麟、昇腾均为自主研发设计，但缺乏的是生产环节的纳米级工艺。而华为强大的芯片设计能力，则有望成为华为手里的一柄利剑。 其二，世界级的传感器技术。 传感器对于智能驾驶，仿佛人之双眼，其重要程度可想而知。华为选择走激光雷达+高精度地图/定位技术的路线。目前，华为在武汉有一个光电技术研究中心，总计1万多人规模，目标是短期内迅速开发出100线的激光雷达。 今天大部分自动驾驶实验车上采用的Velodyne 64线激光雷达价格在70-80万元之间，放在量产车型上完全无法接受。而华为的目标是，将激光雷达的成本降低至200美元。 其三，世界级的5G技术。 这个就不用多说了，不论是车联网，还是自动驾驶，5G通信是保证两者能够实现的必要前提。在此背景下，作为全球第一大通讯设备商，华为发力自动驾驶和车联网有其先天优势。在国内，比亚迪汉成为全球首款搭载华为5G技术的量产车。 虽然华为反复强调不造车，做车企的赋能者，但业界对华为造车也不无遐想。毕竟华为以前也提过不造手机，结果现在做到了世界第三，即将成为世界第一。华为也说过不造电视，但是华为的大屏智能设备马上要来了。在智能汽车领域，当今特斯拉在全球一家独大，也需要华为这样的科技巨头领衔，创造出一个堪比特斯拉而又更胜之的汽车品牌。

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  • Nvidia收购ARM，引起芯片行业强烈反对

    对于英伟达公司(Nvidia Corp)从软银集团(SoftBank Group Corp.)收购武器公司(Arm Ltd)此一协议，分析师表示很可能会受到英伟达芯片业竞争对手的强烈反对，果然，交易宣布数小时后，韩国、中国传来抗议。 Arm开放其设计许可给所有参与者的方法，已将基于其技术销售的1,600亿个芯片变成了从智能手机到智能烤面包机的庞大设备生态系统。 英伟达的交易将使Arm处于美国战斗人员的控制之下，这是在中美之间的一场战斗中进行的。在美国官员寻求阻止其崛起的同时，这也争相发展国内半导体产业。 CCS Insights美洲研究副总裁杰夫·布拉伯(Geoff Blaber)表示，该交易“将正确地面临来自Arm客户的巨大反对”。 布拉伯说：“英伟达的收购将不利于Arm及其生态系统。”“独立性对Arm的持续成功至关重要，一旦妥协，其价值就会开始受到侵蚀。” Nvidia首席执行官黄仁勋(Jensen Huang)和Arm首席执行官Simon Segars在接受路透社采访时表示，Nvidia将保留Arm的英国总部-使其免于许多美国出口管制法律-并采用开放许可模式。 黄还表示，英伟达将通过Arm的硅合作伙伴网络对英伟达的某些设计(包括其图形处理单元或GPU技术)进行许可，以扩展该模型。从理论上讲，这一举措将使这些公司与Nvidia竞争。 The Linley Group首席分析师Linley Gwennap说：“英伟达竭尽全力强调Arm将继续充当中立的供应商，即使某些Arm客户与Nvidia竞争，它也不得干涉Arm的任何许可工作。” 。 但是该交易在宣布后的几个小时内立即引起了怀疑。 一位中国芯片业高管说：“中国会讨厌它。”他指出，如果Arm拥有一家美国母公司，与Arm合作生产服务器芯片的美国公司在中国的销售可能会更加艰难。 韩国芯片产业官员和专家表示，Nvidia的手臂团购会加剧Nvidia的竞争与三星，高通等人在自动驾驶汽车等未来技术，同时提高了担忧臂可能加息的授权费用的竞争对手。 韩国芯片行业消息人士称：“从长远来看，手臂客户可能会尝试找到Arm的替代产品。” 韩国半导体与显示技术协会负责人Park Jea-gun表示，此举标志着Nvidia试图进一步进军汽车芯片市场，在那里自动驾驶汽车将起飞，三星和高通正在大力推动。 帕克说：“强大的竞争对手将在汽车处理器芯片市场中崭露头角。” CCS Insights的Blaber说，Nvidia的交易还可能推动芯片公司向RISC-V迈进，这是一种开源替代技术，由非营利基金会支持，但不受任何实体控制，还可能会加速已经在进行的从Arm设计向RISC-V的行业转移。

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  • 市场分析：2020年智能可穿戴设备

    2012年GoogleGlass首次惊艳亮相，智能可穿戴设备概念由此走进人们的视野，之后跌宕起伏地走过了8年，直到2019年彻底爆发。未来，智能可穿戴设备市场是如流星般转瞬即逝，还是持续增长建立成熟市场? 一、智能可穿戴设备重要产品发布年表 3月11日，国际数据公司IDC发布了2019年全球可穿戴设备报告。数据显示，2019年全年可穿戴设备出货量达到3.365亿部，相比2018年的1.78亿部增长了89%。全年出货量排名前五的厂商，它们分别是苹果、小米、三星、华为、Fitbit，总共市场份额占比达到了66.3%。 需要提到的是，在大家传统的观念里，真无线耳机只是一种配件，但IDC将其划入了智能穿戴领域，并且由于苹果AirPods系列产品销量增长惊人，所以苹果在这份统计报告中拿下了第一名。 2019年的智能可穿戴设备市场能取得如此爆炸式的增长主要来自于真无线耳机、智能手环、智能手表三大类。其中智能手环的2019年出货量为6940万部，较去年的5050万部增长了37.4%，智能手表的2019年出货量为9240万部，较去年的7520万部增长了22.7%。而其中表现最为亮眼的可穿戴耳机2019年出货量为1.705亿部，较去年的4860万部，增长率高达250.5%，令人咋舌。 正如IDC可穿戴团队的研究总监雷蒙·T·亚马斯(Ramon T. Llamas)表示：“2019年标志着全球可穿戴设备市场迈出了重要一步。得益于新产品的发布以及越来越多智能手机省去了传统耳机的耳机线，可穿戴耳机增长显著。智能手表和智能手环的表现也不俗，年销售量均创历史新高。” 二、2019全年前五大可穿戴设备公司数据 苹果无疑是2019年智能可穿戴设备市场的最大赢家。苹果的可穿戴设备主要包括了AirPods、Apple Watch和Beats耳机系列。而2019年帮助苹果在智能穿戴设备市场大获全胜的“头号功臣”无疑是AirPods。2019年，苹果推出了两款AirPods新品，一款是续航时间更长，以及可配备无线充电盒的升级版AirPods，另一款则是全面升级的AirPods Pro。 其中AirPods Pro自发布以来，更是出现了“一副难求”的火爆局面，就算从苹果官网订购，仍然需要等待一个月。据市场研究机构Strategy Analytics的一份研究报告显示，在2019年，苹果的AirPods出货量近6000万部，占据了真无线耳机市场71%的营收。 另一方面，从苹果发布的2020财年第一季(2019年10月~12月)财报也证明了智能可穿戴设备在苹果收入体系中所占的比重越来越大，可穿戴式设备跃居为苹果第三大营收来源。数据显示本季度的智能可穿戴设备营收达到100亿美元，其中Apple Watch和AirPods都创下了该公司的历史新纪录。蒂姆·库克在电话会议中表示：“公司可穿戴设备业务为苹果可穿戴设备，家用和附件类业务的一部分，其中可穿戴设备业务增长了44%，非常强劲。 AirPods和Apple Watch在获取新用户方面做得非常不错，Apple Watch表现尤其出色，该设备75%的用户均为新用户，目前对于新用户的营销还是非常重要的工作。”最后，考虑到目前AirPods Pro和Apple Watch的供应都有一定限制，市场还有广阔的用户需求量，相信在2020年供需关系取得平衡后，苹果智能可穿戴设备还将会继续保持高速增长。 三、2019全年各类别可穿戴设备数据 此次在全球前五的智能可穿戴设备厂商中，国内厂商占据了两个席位，在国际市场中展现了不俗的竞争力，还是非常值得肯定的。小米以12.4%的市场份额夺得全球第二，国内第一的位置。值得一提的是，印度市场的亮眼成绩对于小米此次的排名功不可没，在IDC发布的2019年第四季度印度可穿戴设备统计数据中，小米在印度手环市场份额高达48.9%，几乎占据了印度市场的半壁江山。此次的成绩大部分来自小米的智能手环，在2019年第四季度的可穿戴设备出货量中，小米出货量为1280万部，其中73.3%来自手环。 从前五名的市场份额差距来看，苹果以31.7%的市场份额遥遥领先，短期内第一的位置应该无人能望其项背，而紧随其后的小米、三星、华为市场份额分别是12.4%、9.2%和8.3%，差距非常接近。值得一提的是，虽然目前小米2019年市场份额占据了第二名的席位，但是相比于2018年，苹果、三星、华为在2019年的出货量增长都超过了120%，而小米2019年的出货量仅仅只增长了78.8%。因此接下来小米如何“保二争一”是目前必须要考虑的。 或许小米本身也意识到了这一点，在2019年，小米相继发布了两款智能手表，凭借和华米千丝万缕的关系，小米进入智能手表领域是有一定经验积累的。在正式进军智能手表领域后，智能手表或许将成为小米智能可穿戴业务新的增长点。 另一方面，华为接下来在智能可穿戴设备领域的发展同样值得人期待。2019年，华为已经超越苹果，成为全球出货量第二大的智能手机公司，积累了大量的用户基础。同时，华为智能手表从HUAWEI Watch GT开始就放弃了谷歌的Wear OS操作系统，采用了自己的LiteOS系统。此外，基于自研的芯片架构，华为智能手表无论从硬件还是软件都是颇具竞争力的。华为的技术实力和品牌影响力是有目共睹的，相信接下来华为智能可穿戴设备在全球范围内也将进一步增长。 智能穿戴设备的爆发众多厂商都看在眼里，相信今年还将有更多厂商争相入局，想在智能可穿戴设备市场中分一杯羹。 苹果毫无疑问稳坐了iOS系真无线耳机和智能手表的头把交椅，而安卓阵营格局似乎还并不明显，以华为、三星、小米为代表的厂商依然还在混战之中，同时还有新厂商也不断加入到这场战局中。就拿国内市场来说，随着真无线耳机门槛逐步降低，2019年国内许多厂商相继发布了自家的真无线耳机，比如荣耀、OPPO、华米、realme、Redmi等。 此外，在前不久的3月6日，OPPO也开始涉足智能手表领域，推出了旗下首款智能手表OPPO Watch。OPPO的入局也再次印证了智能可穿戴市场在厂商竞争中的地位愈加重要。 四、OPPO今年也踏足智能手表领域 与OPPO同出一系的小天才儿童智能手表早已在市场有了较高的占有率，那么触类旁通，OPPO做智能手表是具有一定优势的。同时，OPPO近几年在技术方面的探索和积累也获得许多用户的认可，OPPO创始人陈永明曾经就表示：“OPPO早已不是一家纯粹的手机厂商，正向一家科技型企业转型。”对于其他早已入局的厂商而言，OPPO无疑是一位强有力的竞争对手。那么安卓阵营中谁将成为智能可穿戴设备“一超多强”中的“一超”，让我们拭目以待。 当然，由于目前智能手表、智能手环、真无线耳机等可穿戴设备主要还是依托于智能手机，因此有庞大用户基础的智能手机厂商在进入智能可穿戴设备领域毫无疑问会有先天的优势。不过，随着5G时代来临，同时智能可穿戴设备的产业链和系统生态不断完善，智能可穿戴设备领域或许会逐渐摆脱对于智能手机的依附，进而成为更加独立的硬件产品。 因此，除了头部的大厂商之间的竞争外，未来会不会有部分小厂商在混战中成功突围还尚未可知。正如IDC移动设备观察的研究经理吉特希·尤布莱尼(Jitesh Ubrani)所表示：“随着苹果和三星等公司占据了大部分的市场份额，可穿戴设备市场越来越有头重脚轻的趋势。虽然科技巨头对市场上的其他参与者带来了不小压力，但小品牌之间仍不乏创新和差异化。这一长尾市场将在可预见的未来继续存在。” 五、未来智能可穿戴设备或将得到更广泛的应用 总之，智能可穿戴设备行业已经经历了长时间的沉淀和积累，此次的爆发并不是偶然，而是有迹可循的。而在去年和今年，依然不断有厂商加码智能可穿戴业务，足以证明智能可穿戴设备市场是未来各大厂商角逐的重要战场。

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  • 美国禁令短期内只影响华为手机业务

    今天，美国对华为的新禁令正式生效，意味着从今日起台积电、高通、三星、SK海力士、美光等主要元器件厂商将不再供应芯片给华为，除非受到特殊许可，但很显然，美国不会给机会。 没有任何缓和余地，华为显然已经做了最坏的打算。据国内媒体报道，对于芯片断供问题，华为暂时没有B计划，具体应对措施主要还是寻求国产替代方案。 此外，消息称，华为虽然高端手机面临困难，但是后续可以降维做汽车或者OLED驱动芯片，并且发展笔记本电脑、平板等其他手机周边产品。 有分析指出，华为在关键原材料尚有不同程度存货，且部分器件已实现基础替代，以及出货节奏的控制，短期1-2年内整体业务破坏性影响预计不会特别明显。 但由于上游厂商大多难抵美国法令，9月15日后被动选择不予华为供货将成为事实，华为中长期将会面临业务战略选择、产业链重构尝试等重要问题，同时中国科技内循环也被更加重视。 此前，@手机晶片达人 爆料，华为海思包了一台货运专机到台湾，把麒麟与相关芯片在9月14日之前运回所有芯片。 所以，麒麟9000的备货支撑华为Mate 40如期发布不成问题。在日前公布的HDC 2020大会的个人日志视频中，面对下一代华为Mate手机何时发布的问题，余承东亲口承诺，请大家再等一等，一切都会如期而至。 9月8日，在中国信创黄埔论坛上，倪光南院士认为，华为不会面临“无芯可用”的困境。 他认为，虽然中国芯片产业在7nm技术上收到制约，但是依靠中国现有的技术，依然可以制作出14nm或28nm的芯片，这对华为来说是一条出路。 虽然短期内还做不到7nm、5nm的先进制程芯片，但这也只影响手机业务。大部分科技产品使用14nm、28nm芯片已经绰绰有余。 这意味着除了手机芯片，华为的网络设备芯片制造基本不受影响。

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  • 柔性电子器件助力医疗器械

    在微创手术过程中，医生需要利用集成有传感器的医疗器械对体内的多种信号进行实时检测与评估。将医疗器械上的传感器替换为多功能、阵列化的柔性电子器件，则有望实现更为精准的检测和更加安全、高效的治疗，以提升微创手术的效率。 柔性电子被广泛应用于可穿戴设备、植入式器件等领域，其显著优势在于： (1)柔性的电子器件可以与生物组织形成紧密的接触，实现高精度的检测; (2)柔性的电子器件不会对生物组织造成损伤。 最近，西北大学John A. Rogers教授课题组、黄永刚教授课题组与乔治华盛顿大学Igor R. Efimov教授课题组在Nature Biomedical Engineering上发表了题为“Catheter-integrated soft multilayer electronic arrays for multiplexed sensing and actuation during cardiac surgery”的研究论文，提出了一种多功能、多路复用的柔性电子阵列结构，可与医用导管相集成，有望使未来的微创心脏手术更加安全高效。 医用导管可以通过较小的切口植入生物体，并进行一系列的诊断与治疗。例如，在心脏微创手术中，外科医生可以通过集成有电极的导管对心内膜的电信号进行检测，并通过局部加热的方式烧蚀部分心肌组织，实现对心律不齐的治疗。 医用导管已经成为微创手术中十分重要且有效的工具，但仍有进一步提升的空间。首先，导管上集成的电子器件体积较大且不具有柔性，无法与生物组织形成良好的接触，从而影响信号检测的精度;其次，导管上的电子器件数量减少、空间密度较低，每次检测时电子器件仅能与生物组织的某一小部分区域接触，无法同时获得大面积的信息;最后，目前的导管仅具有单一的功能，无法实现多物理量的同时测量。 基于此，研究人员用多功能的柔性电子阵列替换医用导管上的传统电子器件，构建了智能微创手术工具，并在Langendorff离体心脏灌流系统上展示了柔性电子阵列的多种诊断与治疗功能。整个系统的构建包括以下三个关键点。 关键点一：高密度、多功能的传感系统 对于单层的柔性电子器件阵列而言，高空间分辨率与多功能集成之间是互相矛盾的——将更多不同功能的器件相集成意味着每种功能的空间分辨率会降低。为此，研究人员采用垂直堆叠的方式，构建了多层柔性电子器件阵列，每一层器件具有单一的功能和较高的空间分辨率。通过多层叠加，实现了高密度、多功能的传感系统(图一)。 图一：多层柔性电子器件阵列。(a)示意图;(b)实物图。 关键点二：柔性、高精度压力传感阵列 为满足心脏微创手术的需求，多功能传感阵列需具有压力检测功能，以评估导管与心肌组织的接触情况;需具有电生理信号检测功能，以检测不同位置的心电信号;还需具有温度检测功能，以评估射频消融治疗的效果。其中，柔性、高精度的压力检测是整个系统的难点之一。 目前，很多关于柔性压力传感器的研究侧重点在于新材料的开发，这些新材料虽然具有很高的灵敏度，但本征上具有一定的迟滞，限制了其在高保真度压力检测方面的应用。 研究人员所构建的压力传感阵列基于金属应变片，本征上不具有迟滞。然而，传统的金属应变片对正向压力非常不敏感，无法满足心脏微创手术的需求。通过三维屈曲的方法，可以并行化地将近百个金属应变片转变为三维结构(图二)。 当施加正向压力在这种具有三维形貌的金属应变片时，压力会导致三维结构形变，从而引起金属的电阻变化。在三维结构上方增加不同尺寸的空腔结构，还可以精确调控压力传感器的灵敏度，满足不同应用的需求。 图二：三维压力传感阵列。(a)阵列实物图;(b)与空腔结构集成的三维压力传感阵列;(c)单个压力传感器受到正压力时的有限元仿真结果;(d)压力传感器灵敏度的有限元仿真结果;(e)压力传感器性能的实验测试结果。 关键点三：柔性电子器件的治疗功能 大部分柔性电子器件仅具有检测功能，而心脏微创手术过程中需要通过射频消融、不可逆电穿孔等方式来治疗心律不齐。研究人员以电极阵列为媒介，通过向电极阵列输入不同类型的电信号来实现多种治疗功能(图三)。 例如，输入高频正弦信号可以使心肌组织内部的离子产生搅动，导致温度的升高，实现射频消融治疗;采用鸡胸肉可以对射频消融的效果进行体外实验验证，经过射频消融的鸡胸肉由于温度升高产生会发白的现象。 又如，输入高压脉冲信号可以在电极之间产生高电场，使心肌细胞因不可逆电穿孔而凋亡;采用土豆可以对不可逆电穿孔的效果进行体外实验验证，经过高压电场的土豆由于细胞膜破裂会释放出酚氧化酶，从而促进土豆内的酚类化合物氧化而产生发黑的现象。 图三：柔性电子阵列的治疗功能。(a)射频消融所施加的电信号;(b)在鸡胸肉上进行射频消融的实物图，白色区域为射频消融后的区域;(c)不可逆电穿孔所施加的电信号;(d)在土豆上进行不可逆电穿孔的实物图，黑色区域为不可逆电穿孔后的区域。 进一步地，研究人员将上述多功能柔性电子阵列与多种球囊导管集成，构建了智能微创手术工具(图四)。当球囊收缩时，附着在球囊上的多功能柔性电子阵列能够以微创的形式植入生物体。 在植入后，多功能柔性电子阵列随着球囊膨胀，与生物组织形成紧密接触，从而实现高精度的检测与高效率的治疗。相关结果在Langendorff兔心脏(图五)和Langendorff人体心脏(图六)进行了验证。 图四：集成有柔性电子器件阵列的球囊导管。 图五：集成有多功能电子器件阵列的球囊导管在Langendorff兔心脏的测试结果。(a)测试示意图;(b-d)电生理信号研究;(e-g)射频消融治疗及温度信号检测;(h,i)心电信号与压力信号的同时采集。 图六：集成有多功能电子器件阵列的球囊导管在Langendorff人体心脏的测试结果。(a)测试示意图;(b)Langendorff人体心脏心内膜实物图;(c,d)电生理信号研究;(e-k)电学检测与光学检测的结果对比;(l,m)Langendorff人体心脏心内膜射频消融后的实物照片和组织切片照片。 美国西北大学Querrey Simpson生物电子研究所韩梦迪博士、西安交通大学材料学院陈林博士、以及乔治华盛顿大学生物医用工程学院Kedar Aras博士为本论文的第一作者。美国西北大学John A. Rogers院士和黄永刚院士、以及乔治华盛顿大学Igor R. Efimov教授为本论文的通讯作者。

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  • 光刻机EUV，中芯国际在第三代7nm工艺时引入

    美国商务部下属负责出口管制的产业安全局(BIS)发布通知，称在美国境外为华为生产芯片的企业，只要使用了美国半导体生产设备，就需要申请许可证。这意味着，华为很可能不能再通过台积电量产自家海思设计的高阶芯片，而台积电是全球晶圆代工的顶尖企业，可以生产7nm(纳米)，甚至5nm的高端芯片。 危机之下，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。 上海中芯国际，中芯南方厂区在火热量产14nm芯片的同时，也在抓紧建设二期产线;7nm工艺已研发多时，只是由于高端光刻机的缺位，研发进展不是很快。 中芯国际同华虹宏力、日月光等“邻居”已和谐地融入到这座科学城中。目前，中芯国际已经开始量产14nm芯片，并拿到一笔来自华为海思14nm手机芯片的订单。 在14nm产线上工作的周豪(化名)告诉记者：“最近加班比较多，已经向客户供应了8万多批货了;产线上也在招人，比如普工、助理工程师。”由于晶圆厂自动化程度较高，周豪的工作简单且枯燥，只要把晶圆放置到设备上，其他的事交给设备即可。作为普工，他的底薪为3300元，算上加班费，每个月能挣七八千元。58同城上，一条中芯国际招聘信息显示普工月工资在5500~7500元。 相比产线上普工的工作，宋杰(化名)的工作显得高级些。在实验室工作的他，每天要做的是根据研发人员发来的Case做实验。“14nm产线设在中芯南方，去年下半年建成，今年开始量产;7~8nm的研发，也已经开展很久了。”宋杰说。 据了解，中芯南方由中芯国际、国家“大基金”(国家集成电路产业投资基金)以及上海市“地方基金”(上海市集成电路产业投资基金)以合资的方式成立，为一座12英寸晶圆厂，能满足14nm及以下先进技术节点的研发和量产计划，14nm技术也可用于主流移动平台、汽车、物联网及云计算。 宋杰还表示，受限于设备，中芯国际7~8nm的研发进展不是很快，做出来的成品没那么快，也没那么好，“同样一道工序，台积电只要一步就能完成，我们可能需要三四步”。高端光刻机的缺失，是其中最关键的问题，“除了光刻机，别的设备都能解决。” 早在3月，中芯国际对外公布已从荷兰ASML公司购入了相关光刻机设备，但并非是最新的EUV极紫外光刻机。 国家集成电路基金二期和上海集成电路基金二期将分别向中芯南方注资15亿美元和7.5亿美元(合计约合160亿元人民币)。 这个消息的释放，把刚从疫情阴影里走出来的中芯南方设备供应商的热情重新点燃。一位冷却设备供应商很看好与中芯南方的合作，他们已和中芯南方签约了几千万元的生意。 “你看，这么多的工人、这么多的设备，一片火热!国家很重视芯片行业，中芯南方效益会越来越好!”他看着正在修建的中芯南方二期产线，语气间流露出兴奋之色。 据了解，在中芯国际上海厂区保留地块上，中芯南方将建设两条月产能均为3.5万片芯片的集成电路生产线(即SN1和SN2)，生产技术水平以12英寸14纳米为主。记者从员工、驻厂设备商等多个信源获悉，中芯南方已完成一期建设，目前正在建设二期。 在中芯国际官网上，记者注意到，从今年年初到现在，中芯国际释放出的职位明显多于去年同期，特别是5月以来，增加了对生产运营类和业务支持类两种岗位的需求，大部分都接受应届生，比如生产线主管、设备工程师、工艺工程师、良率提升工程师、仓库管理员、助理工程师等。这或许是中芯南方14纳米新厂生产火热的一个注脚。 华为的“危”，中芯国际的“机” 去年5月，华为被美国商务部列入“实体清单”，谷歌、伟创力、YouTube等美国本土公司对华为按下了暂停键，为此，华为通过“自研+去美化”的方式，开启多种自救模式。 经过一年时间的调整，华为在“自研+去美化”上步步为营：先是在谷歌服务停供前推出自研的操作系统鸿蒙，其后在5G基站上不再使用美国零部件，再在Mate30、P40等高端机型上降低美国零部件含量，P40系列更是首次搭载HMS以替代谷歌GMS。 相比之下，新一轮的限制将是华为真正的至暗时刻。 和芯片设计不同，芯片生产的高投入不可能完全被一家公司所覆盖，就目前而言，大多数芯片制造商依赖于KLA、LAM和AMAT等美国企业生产的设备。 中芯国际3月披露的公告显示，其采购了美国公司LAM和AMAT的设备，且采购金额较大。除了中芯国际，包括台积电在内的全球众多晶圆代工厂都是这两家厂商的客户，他们在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影等领域技术领先，尤其先进制程设备，基本没有厂商可以替代这两家企业。 世纪证券一份研报显示，在半导体设备与材料方面，关键技术被欧美日垄断，LAM和AMAT这两家美国公司暂停供货影响显著，其中AMAT的产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。而荷兰的ASML是高端光刻机的全球第一，国内企业与其研发投入与技术实力差距甚远。 目前华为芯片制造主要依赖于台积电，美国限制升级，被解读为有可能迫使台积电对华为断供，导致华为无芯片可用。 尽管这种猜测还可能有多种变数，但华为已经启动B计划。 此前有媒体称，华为从去年下半年开始向中芯国际派驻工程师，帮助中芯国际解决其芯片生产过程中的技术问题。近期，华为已将中芯国际14nm工艺代工的麒麟710A芯片应用在荣耀Play 4T手机上。 中芯国际则被认为迎来最好时机。160亿元的大基金二期加码主要面向中芯国际14 纳米及以下先进制程研发和产能，目前14纳米产能已达6000 片/月，目标产能为每月3.5 万片。而中芯国际最新发布的2020 年一季报显示，一季度营收9.05亿美元，同比增长35.3%，环比增长7.8%。此外，中芯国际决定将2020 年资本开支从 32 亿美元上调至 43 亿美元，增加的资本开支主要用于对上海300mm晶圆厂以及成熟工艺生产线的投资。 “转正”的期待 然而，无论对华为还是中芯国际而言，依然有跨不过去的门槛。 与台积电相比，中芯国际的工艺相对落后。现阶段中芯国际的工艺还停留在14nm，这是台积电4年前的技术，而台积电7nm工艺已大范围普及，几乎是如今各品牌5G旗舰手机和主流芯片的标配。根据规划，台积电今年开始量产5nm，2022年开始3nm的规模量产，甚至已规划好2nm。 据了解，此次美国限制升级前，华为海思已加速将芯片产品转至台积电的7nm和5nm，只将14nm产品分散到中芯国际投片。但如果120天之后，无法使用台积电的5nm工艺，华为的5G旗舰手机可能要面对工艺制程的竞争压力。 最新消息是，5月21日，台积电拿下了苹果5nm处理器的全部订单，下半年苹果的多款5G版iPhone处理器将采用5nm工艺，而华为此前发布的14nm制程的荣耀Play 4T手机只是千元出头的中低端手机。 产能也有较大差距。中芯国际目前14nm月产能仅2000 ~3000片，预计到年底扩大到1.5万片，但这无法满足华为的胃口。台积电2019年财报显示，华为为其一年贡献了近350亿新台币的营收。 更何况，中芯国际下一代制程何时能投产，才是“最强备胎”能否转正的关键。 今年2月举行的2019年四季度财报会议上，中芯国际联席CEO梁孟松首次公开了中芯国际N+1、N+2代FinFET工艺情况。相比于14nm，N+1工艺性能提升20%、功耗降低57%、逻辑面积缩小 63%、SoC面积缩小55%，这意味着除了性能，N+1其他指标均与7nm工艺相似，之后的N+2工艺性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在当前的环境下，N+1、N+2代工艺都不会使用EUV工艺，等到设备就绪之后，N+2之后的工艺才会转向EUV光刻工艺。事实上，台积电也是在第三代7nm工艺才开始引入EUV。 对此，电子创新网CEO张国斌表示：“制程越小，工艺越高级，IC里的线宽越小，就需要更高级的光刻机;尽管EUV技术对7nm制程不是必需的，但EUV技术的注入能提高良品率，效果好。” 2019财报会议上，中芯国际表示N+1工艺的研发进程稳定，已进入客户导入及产品认证阶段。之前该公司表示去年底试产了N+1工艺，今年底会有限量产N+1工艺。 14nm量产后，N+1、N+2研发项目更加值得期待。张国斌：“只要中芯国际的N+1、N+2工艺能做出产品来，就能代替台积电为海思代工7nm芯片。” 中芯国际真正的考验将是7nm以下。7nm以下的制程少不了EUV技术，公开资料显示，台积电和三星的5nm芯片均采用了EUV技术。

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  • 三星Foundry推出14nm工艺芯片：采用FinFET晶体管结构

    作为晶圆代工厂的龙头老大，台积电已经实现5nm工艺量产，并且独家拿下苹果A14处理器的订单。随着三星不断发展的晶圆代工业务，以及工艺制程上的追赶，即使三星在市场份额与台积电还无法相提并论，但是不可否认的是，两者间的技术差距在逐渐减小。 在2020世界人工智能大会期间的“万物智联·芯火燎原”人工智能芯片创新主题论坛上，三星电子高级副总裁Moonsoo Kang介绍了三星Foundry是如何通过提供最佳的Silicon(硅)解决方案来帮助AI芯片实现的。同时，他也介绍了三星Foundry在晶圆代工领域的概况及最新的进展。 Moonsoo Kang是Samsung Foundry市场战略团队负责人，负责与工艺技术、设计IP和封装解决方案有关的Samsung Foundry的战略规划和路线图 众所周知，近年来人工智能技术发展迅猛，而对于人工智能来说，算力是极为重要的关键因素之一。而对于人工智能计算来说，最开始的载体是通用型CPU，因为其相对于AI计算来说，非常的灵活。但是随着AI对于算力要求的越来越高，GPU开始成为了AI训练的首选计算架构，因为其相比CPU来说，更加的高效。而现在，相比GPU更加高效的定制型AI芯片开始逐渐成为了AI计算架构的首选。 目前，CPU仍占据当今数据中心AI推理(Inference)应用市场的主导地位，同时在数据中心AI训练应用市场，GPU则占据着主导地位。但是，根据研究机构的数据显示，预计到到2025年，定制型AI芯片将占据数据中心AI推理应用市场40%的份额，在数据中心AI训练应用市场，AI芯片的份额将达到50%。 在半导体芯片领域，我们可以看到的另一个趋势则是，高端制程的逻辑工艺变得越来越昂贵，先进工艺的硅片制造成本越来越高，这也使得先进技术节点的芯片设计成本也随之迅速增加。此外，并非采用先进的工艺，所有SoC内部的模块都能以相同的方式体验高级技术节点的好处。基于此，将传统的SoC芯片分解成分为多个小芯片(Chiplet)，每个小芯片可以根据不同的需求选择不同的制程工艺，然后通过先进的封装技术将其封装在一起，这将使得芯片变得更加的高效和经济。 基于这两大趋势，Samsung Foundry也针对性的提供了相应的工艺、IP和封装技术来助力AI行业。 Moonsoo Kang首先介绍了Samsung Foundry在开发硅片先进制程技术方面的历史。比如，在行业中率先在32/28nm工艺上引进了High-K金属栅极技术;随后又在Foundry行业中领先推出第一款采用FinFET晶体管结构的14nm工艺芯片;第一款基于EUV光罩技术的量产7nm芯片;三星还全球率先在3nm技术中引入全环栅极晶体管技术(Gate-all-around transistor，简称GAA)。 Moonsoo Kang表示，硅晶体管多年其就已从平面(Planar)演变到立体的FinFET，来实现更好的面积和电压减缩，现在为了进一步改善并克服FinFET的短通道效应，Samsung Foundry引入了全环栅极的新型晶体管架构(GAA)，借助这项新技术，可以进一步降低晶体管的工作电压，从而实现更节能的计算，这对于AI应用至关重要。同样，对于GAA器件，器件宽度会随着纳米片(Nano sheet)通道的垂直堆叠的增加而增加，因此可以实现性能提升的同时，而不会造成面积损失。这项技术可较小的硅片面积中实现更低的能耗和更多的计算能力，作为差别化的技术开发。 根据三星此前公布的数据显示，三星电子已经成功攻克了3nm和1nm工艺所使用的GAA工艺技术，其将在2021年推出基于3nm GAA工艺，相比现有的7nm工艺来说，可实现芯片面积减少45%，功耗降低50%或性能提高35%，预计将于2022年开启大规模量产。 此外，三星还拥有特殊工艺技术来提供差别化的解决方案。比如开发了28nm FD-SOI工艺，并提供了嵌入式非易失性存储器解决方案，包括eFlash和eMRAM。并且三星还正在18nm节点上开发第二代FD-SOI技术。此外，三星还在FD-SOI工艺上提供eNVM解决方案，以实现最终的低功耗应用。 “我们的FD-SOI技术为节能解决方案提供了平台，并且，借助嵌入式非易失性存储器(如eFlash和eMRAM)，有可能实现模拟类型的内存计算，与传统的基于数字逻辑的计算架构相比，其功耗更低、面积更小、处理速度更快。”Moonsoo Kang介绍到。 但是，仅仅依靠先进的靠硅制程技术并不一定能提供出色的芯片，要制造出具有竞争力的芯片，还需要其他优秀的设计IP组合。 对此，Samsung Foundry提供了全套的设计IP来支持AI和HPC应用以及移动应用，比如，各种内存接口IP(例如HBM2/2e，GDDR6，DDR5/4和LPDDR5/4)、最高速度可达112G的Serdes IP、高速接口(例如PCIe，MIPI和USB)、Die-to-die接口串行和并行类型。 Moonsoo Kang表示，这些IP并非都是由我们的IP合作伙伴或Samsung Foundry内部开发，并经过所有测试和硅验证的。 此外，封装技术也是Samsung Foundry的技术解决方案的一部分。正如前面提到的，随着异构整合、Chiplet的发展，先进封装技术正成为推动芯片产业发展的关键技术。Samsung Foundry提供并继续开发各种针对AI产品优化的封装解决方案。 比如，可提供使用硅片和RDL中介层(interposer)连接逻辑和高带宽存储器，或逻辑和逻辑芯片的2.5D水平方向集成解决方案。该2.5D集成解决方案可从4个HBM集成进一步扩展到6和多于8个HBM集成。此外，Samsung Foundry还提供3D-TSV芯片堆叠集成解决方案，其中一个芯片位于另一个芯片的顶部，以实现极高的带宽。随着焊盘间距小至10um，3D集成解决方案将进一步扩展到晶圆对晶圆键合和芯片对晶圆技术。 对于AI芯片来说，性能尤为重要，但是功耗也是一个关键，尤其是对于耗电量巨大的数据中心类型的AI芯片而言。因此需要提供优秀的电源完整性(PI)解决方案。 随着计算能力的提高，开关噪声或功率纹波成为关键问题，作为一种解决方案，晶体管附近的高密度硅电容器可以减少电源噪声并提高PI。Samsung Foundry提供了各种电容器解决方案来帮助增强PI，具有高电容密度的集成堆栈电容器(Integrated Stack Capacitor)可以集成在硅片中介层内部或作为分立芯片。集成的堆栈电容器可以显著改善输电网络的峰值阻抗和电压降(如下图片所示)。还提Samsung Foundry供MIM(金属绝缘体金属)电容器和EPS(嵌入式无源基板)，以进一步增强电源完整性。 以上，我们介绍了Samsung Foundry的硅工艺技术，设计IP和封装技术，但是，这些技术组件不只是作为离散组件提供，它们是一个完整且客户友好的生态系统，简称为SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem)，可提供“一站式”解决方案。 Moonsoo Kang表示，百度的昆仑AI芯片就是采用了三星SAFE平台，成功开发了出了同类最佳的AI芯片，该产品采用了Samsung Foundry的14nm逻辑工艺，SAFE可靠的IP解决方案和设计方法和HBM一起构建在2.5D硅片中介层PKG。 根据此前的资料显示，百度昆仑AI芯片基于三星14nm工艺，支持PCIE 4.0*8，内建HBM内存、512GB/s内存带宽，性能高达260TOPS，功耗仅150W。 去年下半年百度昆仑AI芯片就已成功流片，目前已经成功量产，并应用于百度的智能云业务。

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  • 济南量子技术研究院：国际首个集成化量子频率转换芯片研制成功

    近日，济南量子技术研究院与中国科学技术大学合作，成功研制出国际首个集成化的多通道量子频率转换芯片。 该芯片基于逆向质子交换的周期性极化铌酸锂波导(PPLN)，实现了多通道光子非线性频率转换，且频率转换过程中保持光子的量子特性不变。 该成果由量子探测与波导器件实验室张强教授、谢秀平高工、郑名扬副研究员等人合作完成，论文发表在国际知名学术期刊《Physical Review Applied》上。 近年来，在量子信息技术领域，尤其是单光子成像与远距离量子存储器方面，亟需多通道量子频率转换芯片。为满足研究与应用的需要，济南量子技术研究院开创性的研制了多通道量子频率转换芯片。 该芯片由34通道波导及34通道的光纤阵列进行双端耦合封装而成，芯片设计用于1550nm波段单光子信号和1950nm波段泵浦光进行非线性和频。 实验表明，各通道的1550nm信号光平均转化效率为60%，可媲美于商用单通道PPLN波导芯片。 同时，研究团队利用该芯片研制了阵列式上转换单光子探测器，达到了各通道平均探测效率23.2%、平均暗计数557cps，及相邻通道间隔离度大于71dB的指标。该阵列式探测器在高速量子密钥分发、深空激光通信、单光子成像及激光雷达等领域具有广泛的应用前景。 此外，研究人员利用该量子频率转换芯片成功实现了多通道的差频转换实验，实验表明该集成化芯片将对远距离多模量子存储技术的发展起到重要的推动作用。 该工作得到了国家重点研发计划、山东省泰山学者工程、山东省重点研发计划项目、山东省自然科学基金项目、济南高新区管委会的资助。

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  • 软银出售ARM，对我国半导体产业有何影响？

    科技界发生了一件大事儿并迅速的登上了各主流媒体的科技头条。美国著名的图形处理芯片(GPU)公司Nvidia宣布以400亿美金的估值收购世界上著名的芯片技术公司Arm。 半导体行业中有史以来最大的一笔交易成功一个半导体芯片的巨无霸就此产生!这将对整个IT行业产生巨大的影响，同时此事也将对中国科技业产生巨大的潜在影响。 1、软银为何要出售ARM 软银最近几年对外扩张的很厉害，投资参与到全球各种业务中，但结果很不顺，再加上今年新冠疫情全球爆发，导致软银投资的大量公司关门倒闭。 旗下投资的88家公司中有15家维持不下去要关门，这里面不乏一些知名公司，比如美国的WeWork和卫星运营商OneWeb，剩下部分原本准备IPO上市的公司，也由于疫情关系没法持续推动，本该产生的巨大回报也落空了。 根据软银自身公布的数据，2019年总计亏损125亿美元，仅一年就亏损如此天量资金对软银的资金链带来了严重的负面影响，况且目前新冠疫情还在持续中，未来不排除有更多公司关门，这必然对软银带来更大的危机。 这时候，出售ARM对软银就是一步不错的棋子，以ARM近似统治移动端的地位，足以卖一个好价，你看NVIDIA就直接出了400亿。这不仅能填补软银的紧张的资金链，还能有不少盈余。 2、对全球芯片产业的影响 NVIDIA本身是一家芯片公司，一旦收入ARM之后自身实力将大大得到加强。 很多网友可能认为NVIDIA仅仅是一家图形处理器厂商，但事实上人家不仅做GPU出显卡，还研发人工智能芯片(NVIDIA)、云服务器芯片。此外，NVIDIA很久前就对移动端垂涎三尺，当年也曾推出过手机芯片，只是基带上不行不得不退出。 NVIDIA收购ARM后就能充分整合资源，利用ARM在移动端上的优势来为自己的相关业务服务。如果走的顺利，将对整个芯片产生以及半导体上下游厂商产生巨大影响。 就拿服务器市场来说，现在主要以Intel的x86架构为主。但现有基于ARM架构的服务器芯片性能不低，足以和Intel相媲美，如果NVIDIA将自己的AI芯片整合到云服务器芯片中推出新产品，那就有可能从Intel手中抢到足够的份额。 3、对我国带来巨大不利 这件收购案对我国将会带来巨大负面影响，NVIDIA是实打实的美国公司，只要美国愿意，就可以利用相关政策来打压我国芯片厂商，都不需要实施“长臂管辖”，直接要求美企不得和我们进行交易就行了，类似前段时间针对微信一样，可以说打压手段更加简单化。 而国内现有移动端的芯片厂商都是基于ARM架构，不光是海思，还有飞腾、展讯、联发科等等，这些厂商未来的安全性都可能会受到干扰，从而危害到我国整个芯片和半导体产业链的安全性。 NVIDIA收购ARM意味着美国从此彻底掌握了PC芯片和移动端芯片两大终端，中国受限制范围将会扩大。

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  • OPPO新款 Reno4 SE：搭载联发科5G处理器

    近日，根据多家科技媒体的消息，OPPO一款新机被曝光，型号却比较罕见，属于Reno系列的新机型，被官方命名为OPPO Reno4 SE。如今，在华为、小米、OPPO、vivo、三星等智能手机厂商的机型中，SE的后缀往往意味着配置上的降低。就已经曝光的OPPO Reno4 SE来说，在价格上应该会低于2020年上半年发布的OPPO Reno 4系列。 根据曝光的图片显示，OPPO Reno4 SE的代言人是王俊凯，标语是“超级闪充，超闪光芒”，而这也是OPPO的Reno系列首次发布SE系列机型，之前都是只有标准版和Pro版。根据互联网上的最新爆料信息显示，OPPO Reno4 SE将搭载联发科5G处理器。 具体来说，2020年9月15日，根据曝光的图片显示，OPPO Reno4 SE的代言人是王俊凯，标语是“超级闪充，超闪光芒”。对此，在笔者看来，线下海报的曝光，意味着这款智能手机很可能主打线下智能手机市场。 对于OPPO来说，和vivo手机一样，都具有数量庞大的线下门店。在此基础上，为了吸引线下用户的关注，OPPO Reno4 SE的代言人是王俊凯，对于王俊凯来说，无疑是现在的人气明星，这将给OPPO Reno4 SE这款新机带来更多的关注。 在如今的智能手机市场，华为、小米、OPPO、vivo等智能手机厂商都曾邀请人气明星来代言旗下的新机。凡此种种，都是希望充分发挥明星的知名度，从而为产品的销量增长奠定良好的基础。 根据入网信息显示，OPPO Reno4 SE这款智能手机采用了挖孔屏的设计方案。打孔屏的名字看起来像是在屏幕一角“打孔”的小孔，就像机械打孔机在一张纸上做的那样。相机模块位于此处，因此屏幕边缘不会被凹口触及。 相比苹果手机的刘海，以及各种弹出式摄像头，甚至是衍生出来的滑盖手机来说，无疑是全面屏手机的一个不错解决方案。在2020年的智能手机市场，打孔屏的设计方案成为重要的潮流趋势，也即华为、小米、OPPO、vivo等智能手机厂商发布的新机，很多都采用了打孔屏的设计方案。 在硬件配置上，OPPO Reno4 SE配备了一块6.43英寸AMOLED挖孔屏，分辨率为2400×1080。 在处理器上，OPPO Reno4 SE这款智能手机CPU主频为2.0GHz，如无意外就是联发科的天玑800处理器。据介绍，联发科天玑800采用了4*A76+4*A55的核心组合，最高频率均达到了2.0GHz，同时还集成了4个与天玑1000同规格的G77 GPU(天玑1000为9个); 此外，该芯片还支持支持90Hz刷新率、Full HD+分辨率屏幕。关于5G方面，联发科天玑800支持G Sub-6GHz频段、5G SA/NSA双模组网、2G-5G四代蜂窝连接、动态频谱共享(DSS)技术、VoNR语音服务。同时，2CC载波聚合技术也使其信号覆盖范围扩大了30%以上。 当然，也有爆料信息显示，OPPO Reno4 SE这款智能手机的处理器是联发科天玑720。不过，在笔者看来，在综合性能上，联发科天玑720处理器和联发科天玑800处理器基本在同一个水平上。 最后，根据入网信息显示，OPPO Reno4 SE这款智能手机的电池额定容量为2100mAh，双电池设计，因为采用双电池设计，所以这款智能手机的实际电池容量，应该是4000mAh以上了。 在其他配置上，OPPO Reno4 SE这款智能手机前置3200万像素自拍镜头，后置4800万+800万+200万像素三摄像头。 手机重量仅为169g，轻至7.85mm。对于OPPO产品线调整的消息，OPPO方面回应称，其Reno系列产品接下来会覆盖更多价位，或将推出主打性价比的低价位产品，其他方面暂无回复。 此外，OPPO这家智能手机厂商此前已宣布：“Find 主打高端，Reno 主打爆款，A 系列属于入门精品，K 系列主攻线上”，将其产品线进一步精确优化。

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  • 半导体工艺（二）

    一、半导体工艺的节点和发展 半导体工艺上世纪末开始飞速发展，实际上由于集成电路的发明，集成电路工艺成为半导体工艺的主角。其发展轨迹也印证了摩尔定律，180nm、130nm、90nm、65nm、40nm、28nm、16nm等一路发展，将其称为技术节点，是ITRS(国际半导体技术发展蓝图)根据工艺技术的发展制定的，2010年开始提出“等效扩展”(而不是几何扩展)。 1、技术节点的含义： 简单地说，在早期的时候，可以姑且认为是相当于晶体管的尺寸(如图一)。这个沟道的长度，和前面说的晶体管的尺寸，大体上可以认为是一致的。但是二者是有区别的，沟道长度是一个晶体管物理的概念。后期(见图一)用于技术节点的那个尺寸，是制造工艺的概念，二者相关，但是不相等。 主要半导体工艺节点你会发现是一个大约为0.7为比的等比数列，等效面积减半。当然，前面说过，在现在，这只是一个命名的习惯，跟实际尺寸已经有差距了。 2、工艺节点的影响(集成度、频率、功耗等) 理论上这个尺寸代表了工艺的先进程度包括性能： 首先因为晶体管尺寸越小，速度就越快(图二2004年前)。因为晶体管(在开关电路中一般是指绝缘栅场效应管)的作用，简单地说，是把电子从一端(S)，通过一段沟道，送到另一端(D)，这个过程完成了之后，信息的传递就完成了。因为电子的速度是有限的，在现代晶体管中，一般都是以饱和速度运行的，所以需要的时间基本就由这个沟道的长度来决定。越短，就越快。 其次尺寸缩小之后，集成度(单位面积的晶体管数量)提升，这有多个好处，一来可以增加芯片的功能，二来更重要的是，根据摩尔定律，集成度提升的直接结果是成本的下降。这也是为什么半导体行业50年来如一日地追求摩尔定律的原因，因为如果达不到这个标准，你家的产品成本就会高于能达到这个标准的对手，你家就倒闭了。 再有晶体管缩小可以降低单个晶体管的功耗，根据经典的模型(IBM提出的Dennard Scaling)下同电场、面积越小需要的电压越低，因为缩小的规则要求，同时会降低整体芯片的供电电压，进而降低功耗。不过单位面积功耗通常是不会明显下降的，达到一定程度会导致严重的问题。 有个流行的传说：在2000左右的时候，人们已经预测，根据摩尔定律的发展，如果没有什么技术进步的话，晶体管缩小到2010左右时，其功耗密度可以达到火箭发动机的水平，这样的芯片当然是不可能正常工作的。不过这是按照当时工艺技术水平估计的，后来采取很多办法缓解了这个过程。 不过业界现在也没有找到真正彻底解决晶体管功耗问题的方案，实际的做法是一方面降低电压(功耗与电压的平方成正比)，一方面不再追求时钟频率。因此在上图中，2005年以后，CPU频率不再增长，性能的提升主要依靠多核架构。这个被称作“功耗墙”(不同于电子产品中人为设定的功耗墙)。 二、技术瓶颈和突破 既然提高技术节点(缩小 工艺)，能够降低成本、提高性能和功能、降低功耗，所以工艺技术一段时间迅猛进步，不过很快就遇到问题。问题归纳起来很简单，再缩小难度太大成本太高甚至没办法，而且性能没法提高甚至会下降，还有前面提高的单位面积功耗也是一个问题。 想说说晶体管结构，这是一个最基本的绝缘栅场效应晶体管的结构示意图，是构成开关电路最基本的单元。实际的结构可能有出入，但原理不变。 Gate是栅极，可以通俗地看作控制极，Source是源极，Drain是漏极，顾名思义就是通过栅极的电压控制源极到漏极的电流，Oxide是绝缘层(通常是直接生成的二氧化硅)，说明是靠电场(和电压成比例)而不是电流控制。 数字集成电路中大部分是这样的开关，开关的特性如图四。虚线为理想状态，实际上不可能，蓝色和红色代表实际情况，蓝色为好的状态、红色较差。 1、继续缩小工艺的问题 (1)第一个问题是经典模型。 经典物理模型是基于宏观尺度，而原子尺度的计量单位是安，为0.1nm。 10nm的沟道长度，也就只有不到100个硅原子而已。晶体管本来的物理模型这样的：用量子力学的能带论计算电子的分布，但是用经典的电流理论计算电子的输运。电子在分布确定之后，仍然被当作一个粒子来对待，而不是考虑它的量子效应。因为尺寸大，所以不需要。但是越小，就越不行了，就需要考虑各种复杂的物理效应，晶体管的电场模型也不再适用。 (2)第二个问题是出现了短沟道效应。 晶体管性能依赖的一点是，必须要打得开，也要关得紧。短沟道器件，打得开没问题，但是关不紧，原因就是尺寸太小，内部有很多电场上的互相干扰，以前都是可以忽略不计的，现在则会导致栅端的电场不能够发挥全部的作用，因此关不紧。关不紧的后果就是有漏电流，简单地说就是不需要、浪费的电流。目前，集成电路中的这部分漏电流导致的能耗，已经占到了总能耗的接近半数，所以也是目前晶体管设计和电路设计的一个最主要的目标。 (3)第三问题是，二氧化硅早期是一个绝妙的绝缘层，概括就是方便有效。 在尺寸缩小到一定限度时，也出现了问题。别忘了缩小的过程中，电场强度是保持不变的，在这样的情况下，从能带的角度看，因为电子的波动性，如果绝缘层很窄很窄的话，那么有一定的几率电子会发生隧穿效应而越过绝缘层的能带势垒，产生漏电流。 可以想象为穿过一堵比自己高的墙。这个电流的大小和绝缘层的厚度，以及绝缘层的“势垒高度”，成负相关。因此厚度越小，势垒越低，这个漏电流越大，对晶体管越不利。而且绝缘栅场效应管的开关性能、工作电流等等，都需要拥有一个很大的绝缘层电容。 实际上，如果这个电容无限大的话，那么开关特性，电流就会接近理想化。这个电容等于介电常数除以绝缘层的厚度。显然，厚度越小，面积越大，介电常数越大，电容就越大，对晶体管越有利。绝缘层的厚度要不要继续缩小。实际上在这个节点之前，二氧化硅已经缩小到了不到两个纳米的厚度，也就是十几个原子层的厚度，漏电流的问题已经取代了性能的问题，成为头号大敌。 (4)最后一个关键问题是常规工艺做不出来或者能做出来但代价很大。 决定制造工艺的最小尺寸的东西，叫做光刻机。它的功能是，把预先印制好的电路设计，像洗照片一样洗到晶片表面上去，在我看来就是一种bug级的存在，因为吞吐率非常地高。否则那么复杂的集成电路，如何才能制造出来呢?2004年intel的处理器需要30多还是40多张不同的设计模板，先后不断地曝光，才能完成整个处理器的设计的印制。 所有用光的东西，都存在衍射。光刻机不例外。因为这个问题的制约，任何一台光刻机所能刻制的最小尺寸，基本上与它所用的光源的波长成正比。波长越小，尺寸也就越小，这个道理是很简单的。目前的主流生产工艺采用荷兰ASML(艾斯摩尔)生产的步进式光刻机，所使用的光源是193nm的特种(ArF)分子振荡器产生的，被用于最精细的尺寸的光刻步骤。相比目前量产的晶体管尺寸一般是20nm (14nm node)，已经有了10倍以上的物理尺寸差距，可想而知工艺的难度。 2、推进技术节点的奇思妙想 上面谈到了半导体工艺发展到2000左右，开始遇到一系列新问题，脚步开始放慢。但人类区别于动物的就是大脑发达，而科学家工程师区别于普通人是更会利用大脑解决问题。当然，这需要大量的实验、资金还有必不可少的运气。 (1)IBM的SOI(绝缘硅工艺) 之前的晶体管下面都有一个非常大的硅基底，叫做耗尽层，并非主要的工作区域(沟道)，仅做为吸收平衡电荷用，但这部分会产生漏电流。IBM的工程师(具体我也不知道是谁)把这部分硅直接拿掉，换成绝缘层，绝缘层下面才是剩下的硅，这样沟道就和耗尽层分开了，因为电子来源于两极，但是两极和耗尽层之间，被绝缘层隔开了，这样除了沟道之外，就避免额外漏电，同时也减少了工作区域尺寸，一举多得。250纳米之后长期使用，这种工艺一直使用到今天(主要是一些相对较老的工艺)。当然，intel等在此思路基础上发展的改进型high-k绝缘层/金属栅工艺以及FinFET才是现在的主流工艺。 (2)Ge strained(锗掺杂改性)沟道 通过在适当的地方掺杂一点点的锗到硅里面去，锗和硅的晶格常数不同，因此会导致硅的晶格形状改变，而根据能带论，这个改变可以在沟道的方向上提高电子的迁移率，而迁移率高，就会提高晶体管的工作电流从而提高性能。这种方法对P沟道Mos更有效。intel65纳米工艺j就采用了Ge strained。 (3)高K值的绝缘层和金属栅 前面说到二氧化硅厚底降低到一定程度会生产不可忽视的漏电问题，很直接的想法就是找一种没有这问题同时介电常数高(更大的电容意味着更好的开关特性)的代替材料。经过海量的试验，最后找到一种名为HfO2的材料。这个就叫做high-k，这里的k是相对介电常数，也就是高介电常数材料的意思。 但是high-k材料有两个缺点，一是会降低工作电流，二是会改变晶体管的阈值电压。原因也找到了都和high-k材料内部的偶极子(带极性和电场)分布有关。high-k材料的电场会降低沟内的道载流子迁移率(影响电流)，并且影响在界面上的电子分布态势(影响阈值电压)，这样一来就影响开关特性了。 但是某些金属(或者合金具体属于商业机密)有一个效应叫做镜像电荷，可以中和掉high-k材料的绝缘层里的偶极子电场对沟道和电子分布的影响。这样一来就两全其美啦。intel45纳米采用了这些技术各方面有一个明显的提高，也带来了巨大的商业利益，摩尔工艺趋势又差不多回归了。 (4)FinFET(英特尔叫做Tri-gate)，三栅极晶体管 传统的晶体管(图三)，在尺寸很短的晶体管里面，因为短沟道效应，漏电流是比较严重的。而大部分的漏电流，是通过沟道下方的那片区域流通的。沟道在图上并没有标出来，是位于氧化绝缘层以下、硅晶圆表面的非常非常薄(一两个纳米)的一个窄窄的薄层。 沟道下方的区域被称为耗尽层，就是大部分的蓝色区域。SOI工艺解决了漏电问题。于是，intel工程师就认为，不如把沟道都包上绝缘层，把周围都做出栅极，电容大大提高，开关性能进一步提高，因此就形成了图5的结构，本质上就是通过增加栅极达到提高控制能力的结果。 这是胡正明(华人美国教授)早期提出的三栅极和环栅晶体管物理理论模型得到了实现。 应用于intel22/14纳米工艺(应该是迄今为止性能最好的工艺)。实际上如图六，可以看出大面积包裹的金属栅(Metal gate)。

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  • 半导体工艺（一）

    一、晶体管的发明和发展 1947 年12 月23 日，美国贝尔实验室正式地成功演示了第一个基于锗半导体的具有放大功能的点接触式晶体管，标志着现代半导体产业的诞生和信息时代的开启。晶体管可以说是20 世纪最重要的发明，到今天已经超过70 年了。 一开始非常贵，还是美国出于太空竞赛的需要，急切需要质量更轻的设备以压倒苏联推动了半导体技术的发展。实际上直到70年代初锗而不是硅三极管还是主流，开始全面代替之前的真空管(电子管)应用在电台、收音机等。 1958 年9 月12 日，德州仪器的杰克制作了第一个锗片上的集成电路(图一)，其中的晶体管和被动元件是用金丝连接起来的。不过实用的集成电路工艺是1959年仙童发明的，使用了一直到今天的铝连接工艺。 二、基础技术和摩尔定律 1959 年，贝尔实验室的卡恩(D. Kahng)和艾塔拉(M. Atalla)发明了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，这是1925 年李林菲尔德(J. Lilienfeld)提出的场效应晶体管概念的具体实现，也是直到今天半导体最基本的单元; 1967 年，卡恩和施敏(S. M. Sze)制作了浮栅型MOSFET，为半导体存储技术奠定了基础。 1965年还发生了一件大事，仙童公司的摩尔(G. Moore ，他也是英特尔的创始人之一) 提出了摩尔定律(Moore’s law，图5)：集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18~24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍(摩尔定律起初说是每年翻一番，十年后改为两年翻一番)。 三、黄金时代 提到半导体，不得不提仙童公司，1957年8位年轻人离开肖克利半导体实验室创立的。后来全部因为多种原因离开仙童，这8人成为70年代半导体行业的基石，成为包括intel和AMD的创始人，也有现代半导体工艺的开山鼻祖。 推动了半导体的蓬勃发展，在这之前，半导体主要应用于航天航空、军事用途。随着EPROM(可编程只读寄存器)的诞生和集成电路的发展，个人计算机(PC)顺理成章的出现了， 同时半导体也开始大规模进入民用领域，逐渐形成一个规模庞大影响人类发展的新兴行业。 顺便提一下，我国的半导体起步并不太晚，60年代开始生产晶体管，还可供出口，不过由于多种原因到70年代末工艺技术水平差距较大，后面几乎放弃所有的积累，全盘引进，但很难掌握到核心技术，主要转向来钱快的应用层面。 现在，只好从头开始，急起直追。这也是我们这些年科技发展的通病，很少有真正发明和创造。 言归正传，我们知道计算机出现得比晶体管更早，之前是使用电子管。后来被晶体管取代，不过在70年代之前，计算机的主流是大型机和小型机，分别由IBM和DEC垄断。 1970年intel推出第一个微处理器4004(2300晶体管)，不过其实几乎同时德州仪器等也有拿出了同类产品，都是为了军用研发，而且德州仪器的产品集成度更高(集成了RAM、ROM、i/o)，类似单片机。 而且当时intel主业是存储芯片没完成交易，不过intel因祸得福，推出8008，并基于4004和8008开发出2款微型计算机(intellec4/8)，配合第一款操作系统(CP/M ),在此基础上，第一款8位元处理器8080(8008因为引脚少i/o受限)诞生，并推出了第一款真正大规模个人购买的微型计算机Altair8800(比尔盖茨专门为其开发了BASIC)，大大促进了个人计算机的发展。 自此，半导体进入了快车道，除早期的altair8800还有TRS 80(使用Z80/ 1975)和大名鼎鼎的苹果II(摩托罗拉6502 /1976)。而微型计算机的出现，更是推动半导体走向广泛应用的基础。

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  • 禁令全面生效，华为是否留有退路？

    今天美国针对华为的禁令全面生效，意味着在短时间内，华为高端芯片的来源被尽数切断。因而，对华为来说芯片越来越少，尤其是手机等对芯片要求高的产业而言，更是陷入危机。 但事实上，华为其实目前早准备了三条退路，一旦手机销量下滑，这三条退路将派上大用场，继续支撑华为业务的大发展，并且这三条退出对芯片的要求并没有手机这么高。 第一是鸿蒙及生态产业，随着鸿蒙2.0推出，鸿蒙告别了PPT，正式要在手机上使用了，并且这是款全场景的系统，不仅用于手机，还可以用于电脑、电视、各种物联网设备上。 按照机构的预计，鸿蒙生态的总产值未来或有10个华为这么大，当然这个总产值不是华为一家公司的，但华为作为鸿蒙生态的主导者和推动者，市场空间无限。 第二是鲲鹏生态产业，其实去年开始，华为就在大力推出鲲鹏生态，用鲲鹏920芯片、昇腾910等芯片，再加上国产设备、国产系统，重塑属于中国自己的IT体系。 鲲鹏生态依赖于鲲鹏920、昇腾910等芯片，但芯片需求量比较小，以云服务为基础，预计现在的库存支撑华为几年的用量都没有问题，更重要的是，鲲鹏生态，不仅仅是芯片，而是外围各种软件、设备的结合。 第三是其它芯片产业，目前华为在做IC驱动芯片，还有各种路由器、交换机、光网络、WIFI、机顶盒，监控芯片等等。这些芯片对制造工艺要求并没有那么高，不一定需要美国的设备，所以很多代工企业是可以不受限的给华为代工的。 而这些产品也能够支撑起华为众多的其它业务，比如智慧屏、家庭、企业用产品等等。

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  • 英伟达收购ARM，对中国半导体产业影响之大

    半导体行业金额最大的并购交易，终于在 2020 年 9 月 14 日揭开了神秘面纱。英伟达宣布，将以 400 亿美元的价格从软银手中收购 Arm。 一石激起千层浪，很多人认为这起收购案将影响全球的半导体格局，尤其是在当前这种形势之下，对中国半导体产业来说是，真的是影响太大了。 以前ARM是英国的，所以一定程度上，不受美国长臂管制，还能够对美国的一些禁令说不。比如之前ARM就一直表示，没有断供华为，一直在与华为继续合作。 而据ARM之前的数据显示，目前中国有95%的芯片设计企业，采用的是ARM的技术，有可能是架构，也可能是IP核，其中最出名的像华为海思、紫光展锐就是ARM的客户，采用ARM的技术来设计芯片。 而再在当ARM被NVIDIA收购之后，ARM就变成了美国公司，那么不仅是华为，还有被列入实体清单的这么多中国企业，或都得不到ARM的架构、IP核的授权了，这对于中国半导体界而言，绝对是一个大损失。 甚至随着形势的紧张，说不定禁令的范围还会扩大，受到影响的企业还会更多，导致国内半导体产业，尤其是IC设计领域，产业大地震，也不能说是危言耸听。 而换一个架构，或者IP核，不是一朝一夕的事情，还牵涉到生态、产业链等等，非常非常难。 当然，这起收购并没有这么容易就成功的，像这种寡头并购，关乎全球很多市场的竞争，并购要征得主要市场国家的监管部门同意，而且是全部都要同意。 中国作为主要市场国家，一直贡献了ARM至少20%的收入，中国必须同意才可以完成的，就像之前高通和恩智浦之前总额440亿美元收购案一样，必须得中国点头同意才行，在目前这种情况之下，变数还是很大。 事实上，英伟达和 Arm 在超算领域的合作早已开始。2019 年 8 月，英伟达宣布其加速计算平台 CUDA 将支持 Arm架构。这意味着，Arm 架构的超算在软件层面获得了和英特尔 x86 一样的地位。随着英伟达越来越依靠数据中心业务，Arm 势必会在和英特尔和 AMD(同样基于 x86 架构)的竞争中发挥更大作用。 虽然英伟达不会承认，但收购 Arm 事实上相当于树立了更多的竞争对手，不管是端侧芯片厂商苹果、高通、三星和华为海思，还是云端芯片厂商英特尔和 AMD。

    半导体 半导体 ARM 英伟达

  • 美国芯片巨头出手，芯片行业迎来大洗牌

    芯片被称为现代科技皇冠上的明珠，其设计难度之高、制造工艺之复杂，一直是众多国家科技的重中之重。以华为最新芯片麒麟9000为例，采用5nm工艺，指甲盖大小的芯片里集成了上百亿个晶体管，每一个线路都是最先进的科技。 按照流程划分的话，芯片产业可以分为芯片设计、芯片制造、芯片封测三大环节，其中最难的部分是芯片制造，芯片设计次之，芯片封测相对容易。 像高通、博通、苹果、华为海思、联发科等芯片企业都是只做芯片设计，把芯片制造部分交给台积电、三星电子等代工企业，不同企业负责自己擅长的事，一起推动着芯片行业不断进步，从130纳米、60纳米、45纳米一路演进到如今的5纳米。 目前来讲，华为海思是国内唯一一家有能力研发手机芯片的企业，而且研发水平已经达到行业领先的5纳米制程，但是从2019年5月起，美国连续三次修改对华为的禁令： 1、禁止华为使用美国的芯片设计软件EDA 2、禁止含有美国技术的代工企业为华为生产芯片 3、禁止售卖含有美国技术成分的芯片给华为 不过，华为手里还有一张牌，因为芯片产业中有一块地方没有被美国完全占领，那就是芯片架构，目前全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用英国的ARM架构，它通过收取授权费的方式允许高通、英特尔、苹果、华为用ARM架构设计芯片。 理论上，即使美国封锁了EDA软件，不卖给华为芯片，只要有ARM架构可以用，华为还是可以通过国产的EDA软件来设计芯片，然后用纯国产的芯片制造设备来生产芯片，这样就完美地绕过了美国的芯片技术体系。 根据媒体最新消息，ARM的母公司日本软银已经决定以400亿美元(约合人民币2700亿)的价格出售ARM，买家是美国的GPU芯片巨头NVIDIA(英伟达)，这对华为和整个芯片产业都是一个重磅事件，整个行业可能会彻底洗牌! 作为全球最流行的芯片架构，虽然知识产权属于英国，但是英国对ARM采取比较宽松的管理，几乎不限制别人使用。目前ARM已经被授权给了全世界数千家芯片企业，有数十亿手机、平板和物联网设备的芯片都是采用ARM架构设计的 “一旦ARM被美国公司收购，美国为了扶持本国企业，将会禁止其他国家的部分企业使用ARM架构，比如华为的芯片之路被彻底封死!”美国一位芯片领域的专家在社交媒体上发表了自己的担忧，不少网友也表达了类似看法。 不过大家也不要过于悲观，根据此前公布的消息，华为已经拿到了ARM v8版本的永久授权，即无论ARM最终被谁收购，那么华为依然有权利使用ARM v8架构来设计芯片，只不过ARM最新的架构可能无法使用了。 此外，除了ARM架构以外，业内还有开源的RISC-V架构可以免费使用，目前华为、三星等都在研究和改进基于RISC-V架构的芯片设计。

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