ВЫБОР РЕДАКЦИИ

Возобновление доступа к материалам Solid State Technology

SIA и BCG оценили предполагаемые меры стимулирования развития микроэлектроники в США

Преимущества и недостатки чиплетов

О важности понимания всех аспектов проектирования

Использование цифровых двойников в микроэлектронике

Перспективы развития чиплетов

К вопросам интеллектуальной собственности в области внутрикристальных межсоединений

Некоторые проблемы проектирования ASIC

Перспективы рынка СФ‑блоков до 2027 г.

Xilinx пытается облегчить программирование FPGA

GlobalFoundries и стимулирование производственной базы микроэлектроники в США

Краткий обзор деятельности ведущих кремниевых заводов

Состояние и перспективы развития производственной базы микроэлектроники

Тенденции развития современных производственных мощностей

Некоторые тенденции развития производственной базы микроэлектроники

Пять тенденций, меняющих микроэлектронику

Платформа EUV Zenith корпорации Edwards и перспективы рынка материалов для литографии

Ренессанс полупроводниковых технологий

Взгляд изнутри: Китаю желательно использовать подход «больше, чем Мур»

Взгляд изнутри: Китаю желательно использовать подход «больше, чем Мур»

Выпуск 18(6692) от 12 сентября 2019 г.
РУБРИКА: БИЗНЕС

В КНР много внимания уделяют перспективам развития отечественной микроэлектроники в свете задач, поставленных в плане «Сделано в Китае – ​2025» (齌国薴謾2025). Речь идет не только о технологическом развитии, но и об организационных подходах. Недавно один из ведущих китайских специалистов, профессор Университета науки и техники в области электроники (电磾峞唑豇学, г. Чэнду, провинция Сычуань) Бо Чжан дал интервью о перспективности использования в КНР подхода «больше, чем Мур».

Большинство полупроводниковых предприятий в КНР (в отличие от признанных лидеров, таких как крупнейший в стране шанхайский кремниевый завод Semiconductor Manufacturing International Corporation, SMIC) сосредоточены на вопросах собственного выживания и получения достаточных объемов прибыли. Подобные предприятия нецелесообразно заставлять по-прежнему следовать т. н. «закону Мура» или использовать модель IDM для массово-поточного производства схем памяти. Для них предпочтительнее концепция «больше, чем Мур» (см. рисунок), вызывающая все больший интерес со стороны значительной части китайской полупроводниковой промышленности.



Источник: ITRS

Сопоставление подходов «больше Мура» (дальнейшее развитие «закона Мура») и «больше, чем Мур»


На первый взгляд концепция «больше, чем Мур» кажется новой. Но это не так – ​данный подход не более чем одно из трех направлений развития «закона Мура», лежащего в основе развития полупроводниковой промышленности уже более 50 лет (в соответствии с ним уменьшаются топологические нормы транзисторов и увеличивается диаметр обрабатываемых пластин, причем первый фактор играет решающую роль). Концепция «больше, чем Мур» сосредоточена не на масштабировании, а на повышении ценности и производительности прибора за счет расширения функциональных возможностей.

Как известно, «закон Мура» имеет свои ограничения. Он хорошо работал в эпоху, когда увеличение плотности размещения транзисторов приводило к снижению издержек, однако не смог предсказать рост энергопотребления из-за повышения производительности транзисторов. Это и побудило полупроводниковую промышленность в последние годы пристальнее взглянуть на другие аспекты «закона» – ​процессы, не зависящие от размера.


«Больше, чем Мур» – ​почему сейчас?

Мировые продажи полупроводниковых приборов в 2000 г. достигли 200 млрд долл. Для достижения уровня в 300 млрд долл. потребовалось 13 лет. Следующие 100 млрд долл. были приращены всего за четыре года – ​уровень продаж в 400 млрд долл. был превышен по итогам 2017 г. В 2018-м продажи составили уже 470 млрд долл. и весьма вероятно, что в 2020 г. будет взят рубеж в 500 млрд долл. Все это иллюстрирует быстрое развитие цепочки создания стоимости кремниевых ИС на мировых рынках электронной аппаратуры и систем.

С другой стороны, эффекты от уменьшения топологических норм технологических процессов ослабевают, поскольку «закон Мура» приближается к пределам своих физических возможностей. Это сопровождается взрывообразным ростом стоимости проектирования ИС. Продолжать гонку масштабирования топологических норм способно крайне малое число крупнейших производителей ИС (причем один из них, кремниевый завод GlobalFoundries, уже выбыл из гонки, остановившись на рубеже 14/12 нм в пользу глубокой модернизации уже имеющихся конструкций и процессов). Поэтому в современных условиях оружием полупроводниковых фирм в конкурентной войне стала концепция «больше, чем Мур».

Большинство отраслевых экспертов считает, что подход «больше, чем Мур» нацелен на аналоговые и радиочастотные ИС, мощные приборы и MEMS, а также на 2,5D- и 3D-корпусирование этажированных приборов. Последнее направление настолько «разогрелось» в последнее время, что, похоже, станет одной из основных движущих сил развития полупроводниковой промышленности на ближайшие 20 лет.

В отрасли сложилось общее мнение, что подход «больше, чем Мур» охватывает пластины диаметром 200 мм и часть 300-мм пластин, обрабатываемых по технологическим процессам с топологиями 28 нм и выше. Когда пластины диаметром 300 мм только начали применяться в серийном производстве ИС в 2000 г., технологическим разделом между ними и 200-мм пластинами стал 90-нм процесс. Постепенная модернизация процессов обработки 200-мм пластин привела к тому, что на них теперь можно изготавливать 65-нм ИС. Здесь все зависит от экономической целесообразности, так как требуются инвестиции на модернизацию 200-мм оборудования и приобретение установок совмещения шаблонов для процессов с топологиями 90 нм и меньше.

Если при реализации подхода «больше, чем Мур» использовать оборудование по обработке 200-мм пластин, то можно воспользоваться следующими преимуществами:

все оборудование (как правило) полностью амортизировано и не требует дополнительных затрат;

процессы с топологиями 250–130 нм относительно зрелы и стабильны;

не требуется обновление ПО производственного оборудования, обычно контролируемое производителями оборудования, такими как Applied Materials или ASML.

Концепция «больше, чем Мур» хорошо подходит для распределенных рынков, диверсифицированных производственных линий, устойчивых взаимосвязей в прикладных областях, при этом наличие доминирующих игроков не обязательно.

При внимательном анализе 10 ведущих поставщиков аналоговых и радиочастотных ИС, мощных приборов и MEMS легко заметить, что рейтинги возглавляются признанными фирмами с длинной историей. К ним относятся американские Texas Instruments, Microsemi и ON Semiconductor, европейские NXP, Infineon и STMicroelectronics, японские Sony, Toshiba, Mitsubishi, Fujitsu и Renesas. Большинство из них по-прежнему в основном используют пластины диаметром 200 или даже 150 мм.


Производственные линии «больше, чем Мур» в КНР

В 2018 г. в КНР на стадии строительства или планирования находилось 33 линии заводов по обработке пластин. Из них 21 линия предназначалась для обработки 300-мм пластин и 12 – ​для 200-мм пластин. Под концепцию «больше, чем Мур» отводилось 16 линий (9 – ​для изготовления логических приборов и 7 – ​для схем памяти и запоминающих устройств). По данным Международной организации поставщиков материалов и оборудования для полупроводниковой промышленности (SEMI), в 2018 г. производственные мощности КНР составляли 16% мирового парка установленного оборудования, а в 2020-м этот показатель может увеличиться до 20%.

Поддерживаемый правительством КНР кремниевый завод SMIC не только развивает технологические процессы с топологиями 14 нм и менее, но и быстро расширяет мощности по обработке 200-мм пластин в городах Тяньцзинь, Шэньчжэнь, Нинбо и Шаосин. Одновременно производители второго уровня, такие как Huahong, China Resources Microelectronics и Shilan, отличающиеся высокими показателями рентабельности, начинают осваивать обработку 300-мм пластин, не отказываясь при этом от 200-мм производств. Вся эта деятельность нацелена на увеличение диверсификации продукции и использование подхода «больше, чем Мур».

Решения, принимаемые этими фирмами, показывают: китайская полупроводниковая промышленность осознает то, что она должна быстро и глубоко уловить и освоить тенденцию «больше, чем Мур». Появление большого числа производственных линий, следующих данной тенденции, означает, что по крайней мере на данный момент они наилучшим образом соответствуют требованиям развития полупроводниковой промышленности КНР.


Следование «закону Мура» для КНР непрактично

С точки зрения интересов отрасли необходимо, чтобы крупнейшие и наиболее современные предприятия продолжали продвигаться вперед. Так, корпорациям SMIC и Huali Microelectronics следует и дальше осваивать процессы с топологиями 14 нм и менее, корпорации Yangtze Memory Technologies – ​разрабатывать 3D-флэш-память NAND-типа, а корпорации Hefei Changxin Memory Technologies – ​сосредоточиться на 19‑нм ДОЗУ. Однако это нелегкий путь, требующий крупных инвестиций, характеризующийся длительными циклами и растущими технологическими трудностями, а также усиливающейся конкуренцией на товарных рынках.

Большинству же китайских полупроводниковых фирм следование «закону Мура» не подходит из-за ограниченности финансовых ресурсов. Их единственный выход – ​использование подхода «больше, чем Мур». Китайская полупроводниковая промышленность доминирует на мировых рынках изготовления ИС на 200-мм пластинах по заказам поставщиков комплектного оборудования (ОЕМ). При этом она отстает в сфере производства аналоговых ИС, высоковольтных приборов, MEMS и применения IDM-модели.

Китайские специалисты отмечают еще одно преимущество подхода «больше, чем Мур»: он способствует увеличению доли локализации. Средние цены на импортируемые КНР ИС составляют 0,75 долл. При этом в структуру импорта входит как большое число высокопроизводительных процессоров (стоимостью сотни долларов каждый), так и еще большее число дискретных полупроводниковых приборов, ИС управления режимом электропитания, микроконтроллеров и т. д. Эти схемы не очень дороги и не требуют для своего производства передовых технологий. Таким образом, перед китайскими фирмами при использовании подхода «больше, чем Мур» открываются огромные возможности для импортозамещения.


Для КНР нет короткого пути

Совершенно очевидно, что для китайской полупроводниковой промышленности нет короткого пути, позволяющего обогнать конкурентов. Концепция «больше, чем Мур» – ​это не только возможности, но и риски. Китайским фирмам приходится сталкиваться с сильными и опытными конкурентами. Китай не обладает никакими естественными преимуществами за исключением своего внутреннего рынка – ​самого большого в мире, – ​который дает множество возможностей по диверсификации продукции и ее взаимоувязке с конечными применениями. Это преимущество и пытаются использовать китайские производители ИС, чтобы закрепиться как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Отмечается, что успех бизнеса определяется сочетанием ряда факторов – ​доступное рыночное пространство, технологические возможности, кадровый и управленческий потенциал.

Воздействие торговой войны с США на китайскую полупроводниковую промышленность, все еще находящуюся в стадии развития, нельзя недооценивать по двум причинам. Одна из них – ​то, что цепочка поставок электронной промышленности частично выведена из КНР. Вторая – ​усиливающийся шантаж со стороны США. Оба этих фактора, вместе взятые, могут оказать существенное давление на Китай, особенно с учетом того, что власти планируют поддерживать среднегодовые темпы роста национальной полупроводниковой промышленности на уровне 20%.

Правда, здесь работает принцип обоюдоострого меча: торговая война способствует возвращению из-за рубежа научно-исследовательского персонала, высококвалифицированных кадров в области проектирования и производства ИС, САПР и оборудования. Наконец, внешнее давление может стимулировать повышение производительности за счет подъема патриотических чувств и повышения корпоративной сплоченности.


堸”为銣么灚蛷俬艺饽饽ˋ謅齌国进霠濆爧ˋ电磾唑术设计, July 26, 2019: https://www.ednchina.com/news/201907261001.html


МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

Эдуард Войтенко

Такие процессы, как повышение компактности чипов при увеличении их производительности регулируются рыночными механизмами. В нашей стране невелик внутренний рынок и очень ограничена сфера приложения отечественных процессоров, поэтому нет уверенных перспектив выхода на мировой уровень проектирования и производства. Китай же получил такую возможность благодаря внутреннему рынку, чего у России в обозримой перспективе не будет. Отечественная радиоэлектронная промышленность живет в другой логике и решает сегодня иные задачи. Сделать самоцелью ее развития соответствие мировым гигантам по физическим параметрам нецелесообразно без перспектив широкого сбыта на мировом рынке.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ