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魏少军:能用不那么先进的工艺做出先进的芯片,才是高手

4月18日,第25届中国集成电路制造年会暨供应链创新发展大会在广州举行。在本届大会的高峰论坛上,中国半导体行协会设计分会理事长,中国集成电路创新联盟常务副理事长,国家科技重大专项01专项技术总师魏少军以《强化设计工艺协同,提升供应链安全》为主题发表演讲报告。

半导体全球供应链的诞生,并不是人为因素在推动,更重要的是产业发展的自身规律。在过去三四十年中,行业有两个重要的事情发,其一是移动通讯技术的标准统一,促进了产品技术和产品的统一

魏少军表示,每个人都是移动通讯发展的受益者,“上世纪90年代,我们更多的还是引进国际模拟通讯标准,模拟转向数字后出现了GSM和CDMA。世纪之交转入第三代通讯技术(3G)后,大唐电信提出了知名的TDS-CDMA,实现与国外标准三足鼎立,中国成为重要玩家。”但在移动通信领域不是标准越多越好,而是标准统一较好,这也决定了3G是非常短的过渡标准。

很快核心网在标准上实现了统一,采取了FDD和TDD两种空口模式,初步实现全球范围内的漫游。而到第五代移动通讯(5G),才真正意义上实现名列前茅次全球通讯的统一。至于到第六代移动通讯(6G)时代是否还能统一,魏少军表示现在不好说,因为当前逆全球化风气太盛。“但有一点可以确认的是,如果移动通讯的标准出现碎片化,那就不可能再是全球通移动通讯,让大家从全球漫游的通讯模式倒退回去,是逆历史潮流而动的。”

移动互联网的出现,使得移动通讯变成以接入互联网为主要目标,而接入互联网这件事在桌面计算机时代早已实现。英特尔CPU加上微软操作系统,在事实上已经形成了一种技术和产品标准,而移动通讯的标准统一,为移动通讯介入互联网形成了重要的先决条件。在本世纪初的前十年当中,事实上也形成了一种“ARM+安卓”或“ARM+IOS”的统一。

其二是技术和产品的统一,促进了全球供应链的统一。魏少军举例到,比如在美国设计的芯片可以在中国台湾加工,送到马来西亚去封装,再与韩国、日本、欧洲产生的各种元器件一起送到中国大陆组装好,卖到全世界,“产业和供应链全球化依托于移动通讯的发展而产生,所以如果破坏了已经形成的全球产业链和供应链全球化,恐怕受到最大影响的将是通讯行业。”

真正影响全球供应链的有很多因素,魏少军列了十个因素,分别是成本、交货期、能力、技术、标准、市场、经济、文化社会、政治,对企业来说最重要的因素是追求利润最大化。而供应链全球化最根本的生命力就在于在生产要素的流动当中实现的利润最大化。而且不是一个环节,是全球供应链各个环节的利润最大化,这就是为什么供应链全球化具有强大生命力。”

40年来,半导体产业的模式在不断变迁,形成了IDM模式和Fabless+Foundry模式。美国、日本、韩国和欧洲企业更多采用IDM模式,而中国、新加坡等大部分采用Fabless+Foundry模式,魏少军认为这也是一种必然的过程,“因为我们是后来者,前人把很多地方都占了,我们的发展空间受限后只能从中寻找能够突破的缝隙。”

40年前流行大一统的系统厂商,把设计、制造、封装、测试、客户全部包在一起自产自销。后期这类厂商逐渐走向IDM,把客户分离后实现了产品外销,最明显的例子是上世纪80年代中后期,恩智浦和英飞凌都是基于这样的形式诞生的。

系统厂商走向IDM是一种必然模式,那么集成电路设计业进一步发展后,设计+代工的模式也是另一种必然。在将近40年的历史中,这种模式不仅仅将设计分离出来,还把设计工具、制造、封装、测试都独立了出来,于是今天的IP和设计服务也成为整个半导体产业链中的重要一环,这种发展过程是符合客观规律的。亚当·斯密在《国富论》当中就曾说过:“生产要提升生产效率,最重要的就是分工,要把分工细化。”魏少军认为,分工代表了一种产业的进步,尽管今天IDM仍是主流,但就分工而言,Fabless+Foundry是非常重要的产业进步。

如今因为地缘政治导致产业链分工被破坏,中国做的是构建一个强壮的半导体全球供应链,不会随随便便被别人打破的那种。魏少军希望整个产业能够坚定信心,严肃对待目前国产芯片产业面临的困难和挑战,“既然我们在很难使用更先进的工艺了,就要寻找一种不依赖于非常先进工艺的、而且能开发出更好的高性能芯片的设计方法,这是一个重要课题。”

此前魏少军也曾在各个场合多次强调,“芯片设计行业中,谁能用不那么先进的工艺做出先进的集成电路,那是高手;都用非常先进的工艺来做先进的芯片,那不是高手。”这句话刚开始很难被大家接受,但在如今的大环境下,很多企业已经开始尝试不用7纳米工艺,也能做出和7纳米一样先进的性能。

“要做到这一点非常困难,原因在于我们的芯片设计和制造业之间已经分离得太久,关系被大大弱化,把两者再连起来要花很多精力。”魏少军说到,老一辈的半导体人士从来就是把设计和制造放在一起考虑,但是今天的年轻人大部分只了解其中之一,因为他们不需要全部都懂,可以通过产业链的上下游合作和生态环境来把两者形成一种耦合。其中的分工也很明确,芯片设计工程师按照应用或客户提出的设计规格,根据制造厂的PDK,在EDA和IP核的帮助下来完成电路版图和测试设计的过程。在设计和制造两个环节中的接口非常简单:PDK,GDSⅡ版图以及测试文件三样。这可以保证每个环节的人在工作中可以专注于设计,或专注于制造,而不用关心他们两者之间的关系。

半导体全球供应链正在经历大变局,其中被人为破坏带来的影响最为严重。部分国家试图把中国从全球半导体供应链当中排除在外,此举不仅仅影响中国,也影响了一些西方盟国。这些国家同时也在担心未来有一天他们也会被孤立化、边缘化,因此各个国家和地区近期都在密集出台各自的半导体产业支持政策。

当全球半导体产业链面临碎片化的时候,芯片设计再去依赖境外的制造商、境外EDA工具或IP核,就不可能再形成完整的供应链。“这时我们不得不认真思考一下,我们该如何构建一个强壮的半导体全球供应链,不能够随随便便被别人打破。”魏少军说到,国内需要坚定自己的信心,中国的产业升级是走在一条正确的道路上,打造“以产品为中心”的芯片制造新业态以“生产为中心”的理念是充分利用自身的能力把客户服务好,在自身条件允许的前提下,尽最大努力满足客户的要求。

当芯片制造厂与设计公司之间的关系是“单纯的商业委托”,通常收获的是采用FOT方式设计产品的客户。以“产品为中心”的理念是将芯片制造厂的能力和客户的能力有机结合到一起,通过双方的努力围绕客户产品发力,从而让客户满意。而当芯片制造厂与设计企业之间的关系来到“相互合作模式”,收获的就是采用COT方式设计产品的客户。

魏少军认为,目前国内大多是以“生产为中心”的模式,需要转换成以“产品为中心”的模式。

芯片设计公司也要转变,首先要补工艺的课。过去20年中国半导体行业成长非常快,但短板也很明显,比如产品定义能力不强、创新不足、大量的跟随和模仿……但最重要的是过去20年设计公司都在享受工艺技术和EDA技术进步带来的红利,而且主要采用的是FOT方式而不是COT。目前的情况是,芯片设计公司广泛地依赖于代工厂提供的PDK,自己不会做,也没有能力去做。而且国内设计公司也很少雇佣工艺工程师,反之世界上较优异的芯片设计公司中都有工艺工程师。

最后,魏少军总结到,信息技术催生半导体全球产业链的发展,设计和工艺之间的关系也随着产业模式改变而改变。过去两者之间渐行渐远是不行的,在半导体全球供应链走向碎片化的今天,必须强化设计和制造的协同。

文章来自:https://www.eet-china.com/

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