技术与市场,蒋梁矛盾背后的中芯平衡术

技术与市场,蒋梁矛盾背后的中芯平衡术


近日,中国大陆最大的芯片代工企业中芯国际因为人事变动的问题屡屡登上新闻热搜,因为之前的老上司、台积电前COO蒋尚义将出任中芯国际副董事长,现中芯国际联席CEO梁孟松在董事会上请辞


这起事端除了导致在市场层面中芯国际股价一度暴跌近10%、交易被停止之外,另外被各家媒体长篇累牍描述的就是中芯国际这家公司历史上的一些人事纠纷和组织变动。


而除了这些内容之外,其实此次中芯事件还有另外一个观察角度,即对于当下的中芯国际来讲,蒋尚义和梁孟松代表的绝不仅仅是他们两个人,而是公司要选择走怎样的生存和发展道路。


蒋爸的“Chiplet”偏好


近几十年来,越来越多的计算机系统被集成到单一芯片上已经成为一种趋势,当今的各类SoC(片上系统)就是这种趋势的结果。但是,随着复杂性提升和成本优势的丧失,更重要的是摩尔定律日益迫近“失效”边界,SoC路线也开始动摇。


现阶段,一种名为Chiplet(小芯片、芯粒)的封装模式开始从幕后走向台前,而这种可以大幅提高系统的集成度、使不同功能和工艺的芯片都可以封装到同一块基板上的技术自然也引起了蒋尚义的关注。


技术与市场,蒋梁矛盾背后的中芯平衡术

蒋尚义


2019年6月,蒋尚义离开中芯国际转任武汉弘芯总经理也是为了推广这一技术,只是因为后来弘芯项目失败才使此事无疾而终。而如今蒋尚义再度回归中芯,肯定也与念念不忘Chiplet不无关联。


目前,AMD、英特尔、台积电、Marvell和其他一些公司已经开发或演示了使用Chiplets的设备,这是开发先进设计的另一种方式。但除此之外,由于生态系统问题、缺乏标准等因素,Chiplets的应用在业界受到限制。


对于Chiplet,其目标是通过将预先开发的模具集成到 IC 封装中,从而减少产品开发时间和成本。因此,芯片代工厂可能在一个库中有一个模块化芯片或Chiplet的组合,Chiplet可以在不同的节点上有不同的功能。


虽然Chiplet并不是一个新概念,多年来,也已经有几家公司出货了类似的芯片设计,但在SoC越来越复杂和昂贵背景下,Chiplet不失为一种探索与尝试。


依据摩尔定律,芯片代工厂每隔18到24个月就会推出一种新的工艺技术。在这种节奏下,厂商推出基于最新工艺的新芯片,使器件以更低的成本获得更高的晶体管密度。


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但这个规律从16nm/14nm节点开始解体。突然间,IC设计和制造成本急剧上升,自此,一个完整的节点的周期从18个月延长到2.5年甚至更长。


这就给了Chiplet机会——一个更大的芯片可以被分解成更小的芯片,并根据需要进行混合和匹配。与单片机相比,Chiplet的成本更低,产量更高。


需要注意的是,虽然被归类为封装模式,但其实Chiplet更应该是封装架构的一部分。利用Chiplet,芯片可以集成到现有的封装类型中,如2.5D/3D、扇出式或多芯片模块(MCM)。有些企业可能会使用Chiplets开发全新的架构。


例如,英特尔去年使用一种叫做 Foveros 的方法,推出了一个3D CPU平台。这是一个10纳米的处理器核心和4个22纳米的处理器核心的封装组合。


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AMD、Marvell等公司也开发了类似芯片的产品。一般来说,这些设计都是针对与当今2.5D封装技术相同的应用,比如AI和其他数据密集型工作负载。


但鉴于成本和性价比问题,Chiplet短期内还不会占据主导地位。在某些情况下,单片式芯片将是成本最低的选择。但对于高性能产品来说,未来Chiplet将会成为标配。


目前,英特尔和一些其他公司已经具备了开发这些设计的条件。台积电也正在开发一种名为 “集成芯片系统”(System on Integrated Chip,SoIC)的技术,该技术可以为客户提供使用Chiplet的类3D设计。同时,台积电也有自己的模对模互连技术,名为Lipincon


很显然,由于成本和场景的限制,当下仅有苹果终端设备芯片和华为升腾芯片应用有Chiplet,整体来看,整个Chiplet市场还十分小众,仍处于萌芽阶段。但考虑到未来人工智能和大型数据中心的发展前景,Chiplet潜力巨大。


梁孟松力求先进制程


与热衷Chiplet的蒋尚义不同,梁孟松则是完全醉心于对先进制程的追求上。而从过往的经历看,其本人也是一个不折不扣的技术精进者。


梁孟松自加州大学伯克利分校师从半导体泰斗、FinFET技术发明人胡正明教授,为其最为器重的得意门生之一,获得电子工程博士学位后当选电气电子工程师学会院士。美国专利及商标局的资料显示,梁孟松参与发明的半导体技术专利达181件之多,均为最先进和最重要的关键技术研究。


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胡正明


1992年返台后任台积电工程师、资深研发处长,是台积电近500个专利的发明人。梁孟松任职台积电17年期间,负责及参与每一世代制程的最先进技术,2003年台积电以自主技术,在130纳米铜制程击败IBM,一战成名。


2009年被韩国三星重金挖角后,梁孟松带走二十多名台积电工程师,带领三星从28纳米直攻14纳米制程,一度让三星该制程超前台积电半年量产,抢走苹果A9处理器订单。这造成台积电股价大跌、评级遭降,进而损失10亿美元。


除了带领三星研发团队取得早期成功之外,实际上梁孟松的指导对三星后来独自发展技术路线也具有相当大的影响。最典型的代表就是在3纳米制程节点上,三星从FinFET晶体管转向GAA环绕栅极晶体管工艺。


其中3纳米工艺使用的是第一代GAA晶体管,称为3GAE的工艺。基于全新的GAA晶体管结构,三星通过使用3纳米片设备制造出了可显著增强晶体管性能的多桥-通道场效应管(Multi-Bridge-Channel FET, MBCFET),用来取代FinFET晶体管技术。


而以上的一切成就均与之前梁孟松为三星打下的坚实基础密不可分。到了2018年,三星晶圆代工收入已经攀上约100亿美元


而时间到了2017年11月,梁孟松出任中芯国际联合CEO,这三年多来,其对中芯国际乃至整个中国大陆半导体生产的贡献都有目共睹。


如其在给董事会的辞呈中所言,“在这1000多个日子里,我几乎从未休假……这段期间,我尽心竭力完成了从28纳米到7纳米,共五个世代的技术开发。这是一般公司需要花十年以上的时间才能达成的任务。”


更可贵的是,除了制程上的跃进,中芯国际的产品良率也大有改观。公司在不到300天就把14纳米芯片的良率从3%提高到了95%,2019年宣布量产。


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梁孟松


今年5月13日,中芯国际发布2020年第一季财报,年增35.3%,主要是市场需求和产品结构优于预期,其中14纳米芯片先进制程销售更激增,一扫之前阴霾,梁孟松功不可没。


在今年11月12日在业绩会上,梁孟松表示,第二代先进工艺技术n+1正在稳步推进中,正在做客户产品验证,目前进入小量试产,产品应用主要为高性能运算。


梁孟松早前曾介绍,相比于14纳米的芯片,N+1芯片技术功耗降低57%,逻辑面积小63%,SoC面积减少55%,而这些指标就相当于7纳米芯片的指标参数。


中芯国际采用N+1,就不需要EUV光刻机,利用目前的193纳米波长的光刻机,再辅以浸润式技术,等于134纳米的波长,可以实现7纳米的精度。


梁孟松还提到中芯国际是国际性的代工厂,公司的产能部件或技术的发展并不是针对单一客户制定,不只在手机,在中低端的消费电子、汽车电子、AI等,中芯国际都有对应的芯片产品。


总结来看,梁孟松在中芯国际的技术突破很明显,“28纳米、14纳米、12纳米及N+1等技术均已进入规模量产,7纳米技术的开发也已经完成,明年4月就可以马上进入风险量产。5纳米和3纳米的最关键、也是最艰巨的8大项技术也已经有序展开,只待EUV光刻机的到来,就可以进入全面开发阶段。”


求生存,谋发展


其实,从以上的描述也可以知晓,此次中芯事件关键不在于蒋梁二人的技术路线之争,而在于公司下一阶段是优先考虑商业回报还是为更大的竞争潜力积蓄能量。


时值眼下,中芯国际正式被美国列入制裁名单,导致公司从ASML订购的EUV光刻机短时间内必然无法到货。这带来的问题就是梁孟松竭力追求的5纳米和3纳米制程根本没有办法量产,其个人也就没有了施展的空间。


其实这对于梁孟松来说也并非新鲜事,当时在三星期间,梁孟松曾协助三星推动从28纳米到14纳米的技术改造与发展,不过三星决定在7纳米跳过DUV直上EUV,导致对梁孟松技术的需求已降低。


此前,还传出梁孟松反对扩建新产能来满足5G手机电源管理芯片PMIC的市场需求,认为这种成熟制程和产品的利润不好,不如自己负责的先进制程技术重要。


但从技术节点来看,第三季度,即便是中芯国际最先进的14/28纳米晶圆收入占比也仅为14.6%。目前公司收入的主流仍是40/45纳米和55/65纳米晶圆,第三季度收入占比分别为17.2%和25.8%。


可以看出,在技术自主和内循环的大背景下,中芯国际一方面要通过中低端产品来扩大营收,另一方面又肩负着先进制程技术突破的重担,面对市场和社会的双重期待,他们每一方都要平衡好。

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页面更新:2024-05-22

标签:三星   尚义   光刻   英特尔   晶体管   技术   量产   节点   纳米   芯片   矛盾   成本   先进   工艺   市场

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