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我们有了解芯片的设计与制造吗?

活动时间:2019-08-26
芯片设计制造,是一个非常复杂的产业链,链路长,而且各个环节紧密相扣,缺一环,都会失败。

今天芯片供应商鼎盛合科技就来科普我们口中的芯片是如何设计制造的。

首先芯片制造是从硅提纯,从多晶硅到单晶硅,多晶硅的纯度是98%,这个是不合适做芯片的;而单晶硅的纯度是9个9,那么就是小数点后有9个9!!可以简单做个对比,通常黄金的千足金,只有3个9,万足金也只有4个9…达到9个9,可想而知,纯度有多么的难!

得到了单晶硅棒后,硅棒需要切断,粗研磨,腐蚀,研磨。研磨剂分Poly、Oxide、Nitride,Slurry等,日本企业诸如Fujimi在这些领域,拥有极强的技术能力。同时在CMP工艺中,特殊气体,也是非常关键的一环目前这部分难的是DUV光刻胶,国内也有企业开始进行研发了。这里面不得不提ISMI和SEMATECH,这两个组织规定了晶圆和气体的规范,除非得到了这两个组织的认可,否则产品基本不可能走出国门。而这两个组织起源是美国的SIA,后来日本成长起来加入进去,拆分成了ISMI和SEMATECH。美国十大国家实验室专攻半导体标准的Albany就是由ISMI托管,其地位与美国烟草协会,枪支协会齐平,Albany的先进十二寸与十八寸计划就投资破160亿美元员工2700人..

接下来,我们要讲提供设备给半导体foundry厂的厂家。如果没有这些设备,foundry厂拿到晶圆,也是没有办法加工成芯片的。全球前十大半导体设备生产商中,有美国企业4家,日本企业5家,荷兰企业1家。里面难寻中国厂商的踪影。分别是美国的应用材料,荷兰的ASML,日本的Tokyo Electron,美国的LAM Research,日本的DNS,日本的爱德万测试,美国的Teradyne,日本的日立高科技,日本的尼康。这些设备,有的还得采用一个很关键的部件,真空传送腔,据说目前只有美国和日本两家公司能做。真空腔必须5061+钛64合金,无裂缝一次性高压环境下锻造成。这部分国产的锻造能力,还不能满足真空腔的设计要求。而且现在真空传送腔是美国管制品,属于战略关键物资!

至此大家已经大致明白了,在正式开始晶圆生产之前,有多少技术和设备需要准备好。目前芯片产业,有两种模式,一种是IDM,一种是fabless。IDM如英特尔、三星、美光、TI、恩智浦、东芝、英飞凌、ST等,它们是集芯片设计、制造、封装和测试等多个产业链环节于一身的企业。Fabless如高通、博通、联发科、展讯、AMD等等,它们没有芯片加工厂,自己设计开发和推广销售芯片,与生产相关的业务外包给专业生产制造厂商,那就是晶圆代工厂(Foundry),如台积电、格罗方德、中芯国际、台联电,华虹宏力等. 台积电,三星,英特尔目前工艺已达7nm量产水平,处于di一阵营;而台积电和三星正进入更先进的5nm工艺研发。中芯国际28nm工艺实现量产,台联电28nm工艺也规模量产,14nm是否量产,要看其公司决心;格罗方德14nm FinFET量产了,10nm初步量产,7nm在研发;FD-SOI 22nm接近量产,12nm在研发;华虹宏力是8英寸,到0.11um,flash 90nm;华虹无锡工厂两个12寸Fab,主要做40-90nm成熟工艺;此外28nm在研发中,进展顺利。 这儿读者要注意Mos, FinFET的工艺上,是有很大区别的,同样22nm,难度是非常不一样的。



全球12英寸晶圆产能的主要贡献者是DRAM与NAND快闪记忆体制造商,以三星(Samsung)排名di一,其他排名前十大的业者包括美光( Micron)、SK海力士(Hynix)、东芝(Toshiba)/WD (收购SanDisk);此外还有几家纯晶圆代工厂商台积电(TSMC)、GlobalFoundries、联电(UMC)、力晶(Powerchip)与中芯国际(SMIC),以及英特尔(Intel)。根据晶圆的大小,大致的产品可以分类如下:12英寸主要是集中在FPGA,DSP,逻辑器件,存储产品,部分模拟产品,射频产品;8英寸的基本上产品都是可以做的,如CIS,MCU,射频,高压产品,电源管理等;6寸主要是模拟产品,power和MEMS等。严格的讲,分类是要工艺节点来分,而不是按晶圆大小来分。



zui后一个环节要讲芯片设计。芯片设计,首先必须要有工具,也就是EDA工具。目前Cadence,Synopsys,Mentor非常强,国内是华大九天。EDA整体涵盖很广,包含数字的仿真,综合,时序,后端P&R,DFT,模拟的电路图,版图,仿真。芯片后端DRC, LVS,高端工艺还有老化,ESD等。华大九天也只能做一小部分,距离国外竞争对手在速度,健壮性,可靠性上还有差距。EDA市场必须要有规模效应,否则很难赚钱,还必须和Foundry厂紧密联系,持续不断迭代演进。设计方面,国内比较大的还是设计人才的问题,一方面是领军人才,来看未来市场十年技术市场的变化,其次需要技术人才,只要领军人才指明方向,就能落实实现,对相关技术动态,芯片物理指标了如指掌,实现算法和设计。

当然zui后还是需要有软硬件系统的生态系统,需要有企业大量使用芯片,找出不同工作环境中芯片的不足点,反馈给芯片设计公司加以完善。

诸位看完了上面的这些内容,应该会同意,做一款高性能的芯片,应该是非常不容易的一件事吧。产业链条非常长,各个节点都需要非常强的技术支撑,才能进行下去。因此鼎盛合认为,中国的芯片要发展,必须要开放,要拥抱世界,要和世界诸国的芯片产业链条如同齿轮般啮合起来,才既不会被人威胁扼杀,也不会排除在产业链之外任人宰割。关于中兴通讯这件事情,鼎盛合是局外人,不了解内情,不作评价。鼎盛合想说的是,从这件事情发生到现在,无论是做化妆品的,食品的,卖鞋的,租车行的,医生,元器件的销售商,半导体原厂,设备商等等,都反应不一,众说纷纭。但是基本可以归纳为三大类:di一类,中国一定可以突破所有的封锁,自力更生,实现高性能芯片的设计生产的完整产业链,立于世界之林;第二类:半导体产业链太长,需要的技术节点太多太长,中国没有办法做到全部的产业链都亲自做,但可以做其中一部分关键环节,和世界形成互补。第三类:中国现在房地产虚高不下,工薪阶层压力很大,投资者大多很浮躁,赚快钱,做做互联网,茅台这类还行,芯片这么高科技的,需要巨大的人力投入和长期坚持,实现不了突破。

鼎盛合认为,要实现中国芯片产业的发展,首先需要有清晰的战略定位,这个是极其关键的,这个一错,会让整个芯片产业的发展走错方向。首先中国芯片产业的发展,要如我们当年发展制造业一样,我们的目标是什么,要明确。就如我们社会发展,是为了GDP,还是绿水青山,人民生活幸福一样。鼎盛合认为,中国芯片产业的发展,目标是基于中国制造业的发展,工业信息化的发展需求,全球信息化发展的形势,获得参与全球信息化,工业信息化的权利,同时也承担保障全球信息化,工业信息化合作互赢的责任。中国发展芯片业,不是为了抢美国人的,日本人,欧洲人,韩国人的饭碗,而是不能在芯片行业整个利润分配环节中处于无权发言的位置,存储器要涨价几倍就涨几倍,电阻电容要涨价十倍二十倍,就得接受;也不能接受某些国家任性说断货就导致自己的工业生产崩溃,老百姓失业挨饿!我们要的是芯片生产这个生态链中,中国需要国外的先进EDA,设备,工艺,原材料,人才;国外也需要中国的先进EDA,设备,工艺,原材料或者人才。这种互补的关系,才是可以长期稳定发展的合作关系;我们的战略,也是某些节点,我们得拥有发言权,而不是所有的芯片,都是中国制造,中国说了算。

要达到上述的战略,中国必须有两个方向需要长期坚持并充分透明地按市场规则来运作:

对外,我们要选定有意掐着中国脖子的这类供应商的技术领域来做突破,形成中国自己的研发实力,变得不依赖对方的产品而可以设计生产各类芯片;其次,对于现在基于双赢的合作方,我们没有必要花很大成本去竞争,而是基于共赢的方式往前走,取得对方充分的支持和信任;

对内,情况非常复杂。di一:首先要任命真正有技术能力和有战略战术的行业人员来主导芯片行业的政策;以鼎盛合目前来看,多数少壮而有行业技术背景的人,在国内的芯片产业政策上,声音并不大。少数平庸者占据着巨大的行业资源和话语权,只会扼杀那些有能力有想法在国内做芯片产业升级的人,而且对于引进外部高端技术人才极其不利。即使引进进来,因为环境和融合的原因,还可能退回到海外,造成负面影响;第二:国内人才长期梯队培养,配套的政策福利,不能简单粗放,需要顶层设计,长期坚持并根据实际情况调整;毕竟现在国内房价太贵,芯片研发工程师,有几个可以凭薪水过上美日欧那边的工程师生活水准;浑水摸鱼者不少,投机者也不少,一旦政策错配,比没有政策会更糟糕。第三:保护国内现有半导体公司的知识产权,严禁抄袭和偷盗现有知识产权。从鼎盛合了解的情况来看,国内有一些刚刚起步不久,有一定的知名度的公司,面临着这样的窘境,导致反而不能集中精力开发出更好的产品,忙着对付盗版者,zui后只得往低成本方向进行拼杀,产业得不到升级。
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