集成电路领域几个值得关注的动向

　　2015中国集成电路产业促进大会上，清华大学教授、核高基重大专项技术总师魏少军博士从五个方面详细阐述了全球集成电路产业的状态、值得关注的动向以及未来半导体公司的发展趋势等。

　　1、集成电路产业步入成熟期

　　全球半导体产业进入成熟期，显著的四个标志在于风险投资大幅下降，IPO公司数量减少，上市公司数量减少，同行激烈竞争加剧，技术、市场、人才等资源相大企业集中的趋势愈发明显，强强联合成为新常态。

　　全球半导体产业并购正在加剧，不少领域已形成2-3家企业垄断的局面。截至现在，全球半导体产业并购金额达1021亿美元，而中国半导体参与的并购项目仅有62.85亿美元。这轮并购与以往不同的地方在于，除收益增长、典型的产业逻辑、战略扩展、投资整合外，中国因素成为影响并购的主要动因之一。

　　平面体硅工艺技术遭遇挑战，FinFET技术以其特有的架构和工艺得到了行业认可。工艺节点以65nm、32/28nm、16/14nm、7nm的大节点和45/40nm、22/20nm、10nm的“小”节点现象持续发展下去。

　　今年是摩尔定律发现五十周年纪念，加州理工工程学和应用科学名誉教授卡弗·米德说过，“摩尔定律不是一个物理定律，它是人类本性的一个定律，人们知道什么在物理上是可能实现的，而且对之深信不疑。戈登和我一起共事，摩尔定律彻底改变了我们的生活。“

　　摩尔定律对于科技的变化是数量级的，具有一定的社会意义。前英特尔公司高级主管比尔·戴维德说过，“由于摩尔定律，我们将会重建所有的物质性基础设置。”摩尔定律过去数十年一直支持微电子技术过去50年中按照2n的速度快速发展。

　　IBM最近公布7nm工艺测试芯片，这颗芯片的推出告诉我们价格的发展和科学技术的发展仍然强劲。那么摩尔定律还能持续多久?

　　胡正明教授认为，“企业为了掌握更高的市场份额、击败竞争对手，必须要拼命把产品性能翻一番甚至两番，这些都是可以理解的，也正是它们的努力使得电子产业取得了如此的高速发展。...然后，没有哪一种指数增长是可以一直延续下去的。...但那可能是更好的结果。与其灿烂无比的又一闪而逝，稳定而缓慢的增长显然是更好的。”

　　在延续摩尔定律的方向上有 5nm光刻技术，在拓展摩尔定律的方向上有异质器件系统集成技术，如果你是做芯片封装的会非常关注，如何将异质器件封装到一起。在后CMOS技术上，世界首枚分子级晶体管问世，进入亚纳米尺度后，晶体管的工作原理将发生根本性变化。在碳纳米管晶体管上，IBM研究人员发明了移动电子的技术，有助于半导体产业急需生产更快、效能比更高、集成度更高的芯片。

　　2、半导体技术持续进步

　　目前主要代工厂的工艺进步节点如下图

　　过去40年中，CPU总是采用最先进的工艺，保证摩尔定律长期有效，对持续提升CPU的性能和能量效率至关重要。工艺技术进步一代，性能提升40%，功耗下降50%，能量效率提升2.8X;现行CPU架构下，进一步提升能效的途径除了采用多核和众核架构外，工艺仍然是决定性因素。

　　目前半导体存储器DRAM正面临两大挑战，一方面电荷量下降，可靠性变差，另一方面在容量增加的同时，刷新功耗上升。半导体存储器领域呈现了几大新技术：STT-MRAM技术的挑战在于如何降低临界电流密度;3D NAND Flash对于提高容量、提升储存效率大有好处;最令人振奋的便是英特尔和美光推出的Xpoint技术，采用PCM，具体材料组成未知，具有非挥发性，速度比DRAM稍慢，但比NAND Flash快1000倍，可用于CPU的二级缓存，由于不需刷新，功耗大幅降低，密度极高(二层可达128Gb)，对计算机将产生深远影响，不仅影响硬件架构，而且将影响到软件的编程模式。

　　目前工艺技术已迈入10nm量级，集成电路亟待架构创新。专用集成电路面临严峻挑战，一颗芯片研发投入高达1.5～2亿美元，需要销售3000万颗以上才能收回成本。可重构计算被公认为是兼具高能量效率和高灵活性的突破性集成电路技术，未来将成为可重构计算芯片的主流。

　　3、系统整机公司强化集成电路产品研发

　　经过多年的分工合作发展后，系统整机厂商正在重新开始自研核心芯片，这一变化将对全球集成电路产业生态的发展产生深远的影响。从图表中可看出，苹果6.15亿美元的研发投入获得69.82亿美元的产出，华为2.57亿美元的投入，获取21.68亿美元的产出。这极大的鼓励了其它系统整机厂商投入到芯片研发中来，并通过自行研制核心芯片，最大限度的保证其整机的竞争力。

　　系统整机自研芯片的占比从2010年的不足4%到2020年的14%，相当一部分半导体厂商逐渐转型，逐渐向整机厂商靠拢。中国目前消费芯片主要来自于国外厂商，从2014年的1/3，到2020年后，这一数据占比将下降至50%。

　　4、全球集成电路产业可能进入新一轮调整

　　WSTS报告指出，2015年上半年全球半导体销售额1671亿美元，同比增长3.6%。由于市场需求疲软，2015年7月全球半导体市场销售额比2014年7月时下滑0.9%;并较今年6月的279.9亿美元降低0.4%。由此预测2015年很可能成为芯片市场地成长、或零成长，甚至是衰退的一年。从地区市场来看，中国、亚太地区与美洲地区的年销售量增加，但欧洲(-12.5%)与日本(-13.3%)却大幅衰退，部分原因是受到货币贬值的影响。

　　IC Insights预测2015年全球IC市场衰退1%，主要产品销售情况不容乐观：

　　1)PC市场增长出现大幅下调，预计2015年生产数量将下滑8.7%;

　　2)智能手机与平板电脑在内的市场增长都已向下调整。在iPhone 6与iPhone 6 Plus强劲表现的带动下，苹果的iPhone仍为最大亮点，其单位增长率或者平均售价都上涨强劲。不过高端安卓智能手机表现不佳，中国智能手机市场普遍疲软;

　　3)可穿戴设备的产业规模持续增长。然后在2019年以前，用于可穿戴设备的处理、感应与通信芯片的营业额将只占整体半导体营业额的1%;

　　4)DRAM仍然是整个半导体行业的主要增长动力。继2014年增长32%后，2015年DRAM营业额有望增加3.8%。但Gartner预测由于新的需求成长局限性以及技术迁移持续演进，2016年市场将出现过度供给或需求不足的状况。2016年DRAM产业营业额可能下滑17.4%，到2017年将再减少7%。

　　5)强势美元导致全球IC市场销售额下降3个百分点;

　　6)今年以来以美元计价的IC平均单价下降5%。

　　——Gartner、WSTS、WSC、IC insights报告

　　中国集成电路产业1-9月统计数据显示，中国集成电路产业销售额为2540.5亿元，同比增长19.5%。其中，设计业销售额为941.3亿元，同比增长26.1%;制造业销售额605.7亿元，同比增长24.6%;封装测试业销售额993.5亿元，同比增长11.2%。

　　5、对几个基础问题的思考

　　基础材料方面更加重视多学科融合及协同，以“电子+材料+物理“共同发展的形势协同进步。在器件结构上聚焦亚纳米尺度，体硅平面结构已经终结，3D结构将是硅基终极技术，亚纳米尺度晶体管将是全新的材料和全新的工作机理。在电路架构，变结构集成电路将以软硬件双编程、软件定义芯片为主。

　　半导体存储器将一路沿着BiCS技术演进，3D-NAND、Xpoint和Re-RAM都是未来可关注的存储器技术，以Cross-Point架构，重视材料、应力、散热等方面。

　　工艺、设计上将更加关注企业间的紧密合作，现如今“中芯国际+高通”，“华为+联发科”都是业内的典范。

　　6、总结

　　摩尔定律还在延续，但遇到诸多挑战;整机企业再次青睐芯片研发，必将引发芯片设计业和制造业新一轮的调整;全球集成电路产业将进入调整期，我国也不能幸免;集成电路的发展需要电子、材料、物理等多学科融合和协作，器件、电路、材料等多种基础技术盼望突破;拥有战略的判断力、战略的预见力、战略定力和战略的执行力是中国半导体产业赢得发展的关键。