在可能被稱作“后摩爾定律”的時代,芯片和半導(dǎo)體設(shè)備制造商走到了十字路口。
按照著名的摩爾定律,過去四十年里半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)無情地追求等比例縮減,這在未來將會成為一個非常難實現(xiàn)的目標(biāo)。
但在日前(July 15-17)Semicon West設(shè)備展上,出現(xiàn)了一些不同的聲音,看來是到了重新考慮等比例縮減,并想出其他增加半導(dǎo)體器件價值方法的時候了。
盡管Intel和IBM這樣領(lǐng)先的IC制造商仍然遵循摩爾定律(Intel已經(jīng)部分超越了其創(chuàng)始人Gordon Moore的等比例縮減公式),但它們也都開始著手考慮縮減極限的問題。這一極限不僅是技術(shù)上的,同時也是經(jīng)濟(jì)上的。
在Semicon West上,芯片制造商面臨著無情的市場壓力,生產(chǎn)工具需要將晶體管柵極的物理長度降低至22納米,工業(yè)界巨頭們發(fā)出了一致的聲音:雖然還在追求尺寸更小、密度更高的器件,但僅僅為了等比例縮減而繼續(xù)微縮已經(jīng)沒有意義了。
“一直以來都是經(jīng)濟(jì)原因在推動,”IBM系統(tǒng)與技術(shù)集團(tuán)CTO及IBM fellow Bernie Meyerson介紹說。
“摩爾定律表明,每12到18個月需要將芯片的密度加倍[為了實現(xiàn)等比例縮減]:這其實是經(jīng)濟(jì)問題,而不是技術(shù)問題。”
現(xiàn)在進(jìn)行等比例縮減的代價變得非常高,尺寸已經(jīng)接近單個原子,而原子無法縮減。這些事實正促使工業(yè)界開始考慮“超越CMOS,”僅僅是因為“進(jìn)一步縮減會引起更大的功耗,[器件]會更加昂貴并且運行更慢,”Meyerson說。
因此工具供應(yīng)商開始尋找其他方案。作為提升芯片價值的一部分,出現(xiàn)了像用于三維封裝的穿透硅通孔(TSV)制造工具。
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)也在考慮范圍。“化合物半導(dǎo)體、TSV和MEMS是可以實現(xiàn)量產(chǎn)的最新技術(shù),這些都受到消費類電子產(chǎn)品驅(qū)動,”Aviza Technology的總裁兼CEO Jerry Cutini介紹說。
三個驅(qū)動力
Intel Corp.移動集團(tuán)副總裁兼系統(tǒng)級芯片實現(xiàn)集團(tuán)總經(jīng)理Gadi Singer在其主題演講中認(rèn)為,摩爾定律是一個鮮活的有機(jī)組織,每隔一段時間就需要進(jìn)行更新,但其本質(zhì)是相關(guān)的。“有三個驅(qū)動力推動芯片的增長——互聯(lián)網(wǎng)、互連和摩爾定律,”他這樣介紹。
Singer提到一類新的智能化、柔性、質(zhì)輕并簡單的消費產(chǎn)品就是這三個驅(qū)動力的直接結(jié)果——可能集成在手持設(shè)備中的系統(tǒng),擁有十億移動互聯(lián)網(wǎng)用戶。“目前互聯(lián)網(wǎng)都是固定用戶,”他說。“從現(xiàn)在開始五年內(nèi),這些人都將成為移動用戶的重要組成部分——我們已經(jīng)在像Apple的iPhone,以及Nokia和Samsung的最新手機(jī)中看到了這一趨勢。”
Singer提醒聽眾“從開始研發(fā)到進(jìn)入量產(chǎn)新技術(shù)通常需要十年時間。我們現(xiàn)在正處在這樣一個十年循環(huán)的中期,將要提供高度個性化的消費電子產(chǎn)品,需要在低功耗工作并可處理大量的數(shù)據(jù)傳輸,這些對Web的上下鏈路都很重要。”
Singer還指出了“千禧年一代”的社會現(xiàn)象——誕生于1980年代的年輕用戶(80后)——他們通過像YouTube這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺共享他們的生活,并且他們通過互聯(lián)網(wǎng)上載他們的經(jīng)歷。“作為兩個孩子的家長,我并不認(rèn)為這樣的共享是完全正確的,然而,這種現(xiàn)象確實存在并會增長下去,”他這樣說。
Singer認(rèn)為生產(chǎn)下一代智能IC的關(guān)鍵在于合作。向處理器模塊中加入功能模塊將使系統(tǒng)級芯片通過模擬界面與外界世界連接,而無線電路則使其“可以連接”。這是實現(xiàn)新“超越摩爾定律”系統(tǒng)芯片的一個途徑。
下一個機(jī)會
感謝全球計算機(jī)市場的強(qiáng)勁需求、其戰(zhàn)略性R&D投資、制造工藝改進(jìn)和良好的執(zhí)行力,Intel可以盡享當(dāng)前商業(yè)戰(zhàn)略的果實,然而像Singer這樣的高層管理人員已經(jīng)開始尋找下一個機(jī)會。
“如果我們的Atom芯片已經(jīng)是一個成熟的設(shè)計了,在1-GHz運行時功耗僅是前代處理器的十分之一,”他說。“未來的處理器將在板上集成Centrino無線電路。”并且會向“要求合作”的方向發(fā)展,Singer這樣介紹。
IBM的Meyerson也強(qiáng)調(diào)了預(yù)研性的R&D。“我們必須站在歷史的角度考慮所有的挑戰(zhàn),并為更好地開發(fā)新技術(shù)而進(jìn)行合作,”他說。
Meyerson指的是大量與工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府合作的研發(fā)聯(lián)盟,其中IBM起到核心的作用,這些聯(lián)盟包括最近剛剛公布的$1.5 billion投資,旨在紐約進(jìn)行“超越CMOS”的技術(shù)研究。該州投入了另外$140 million。該計劃將與University of Albany的College of Nanoscale Science and Engineering和Rensselaer Polytechnic Institute合作,共同打造一個半導(dǎo)體封裝中心。
預(yù)研性的合作也是升級版2008年國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖一整天公開會議之后的議題。12月初在韓國首爾通過終稿后,ITRS 2008升級版將在當(dāng)月月底在線發(fā)布。
預(yù)研的苦惱
ITRS會議上最后一個小組討論的題目是“價值鏈能跟得上發(fā)展藍(lán)圖么？”,主席是Semiconductor Industry Association的總裁George Scalise,他號召代工廠、器件制造商和EDA工具提供商進(jìn)行合作。“對我來說如果從驚人的成本角度考慮,預(yù)研性的R&D非常必要。但如何才能實現(xiàn)呢？”他提出了這一問題。
位于比利時Leuven的IMEC可能是目前世界上最成功的研究聯(lián)盟,其首席運營官Luc Van den Hove也參與了這個主題討論。“我們建立了集中的研發(fā)平臺可以與各成員共享,他們可以各取所需,在他們各自的領(lǐng)域中進(jìn)行競爭開發(fā),”他介紹說。
在Semicon West上,IMEC宣布Qualcomm加入了其3-D集成項目。該技術(shù)研究項目聚焦于三維晶圓級封裝和3-D疊層IC,并提供深入的技術(shù)優(yōu)勢、成本、挑戰(zhàn)和解決方案內(nèi)容。該項目還包括三維設(shè)計領(lǐng)域IP和工具的開發(fā)和演示。
“我們與IMEC展開合作,是因為他們在研究和技術(shù)上的專業(yè)知識可以幫助我們在產(chǎn)品中加速實施3-D設(shè)計,” Qualcomm CDMA部門的資深副總裁和總經(jīng)理Jim Clifford這樣介紹。IMEC 3-D集成項目的其他合作伙伴是Amkor, Infineon, Intel, Micron, NEC, NXP, Panasonic, Qimonda, Samsung, STMicroelectronics, Texas Instruments和TSMC。
三維系統(tǒng)級封裝設(shè)計“并沒有完全搞清楚,”Xilinx Inc.的副總裁和首席技術(shù)官Ivo Bolsens說。“與其他人在R&D上合作是好事情。”
LSI Logic Corp.的執(zhí)行副總裁和首席技術(shù)官Claudine Simson向代工廠和EDA工具供應(yīng)商在另一個合作話題上提出了挑戰(zhàn):“開放你們的工具和模擬流程,這樣我們這些器件制造商才能更快地生產(chǎn)我們的芯片。”
她號召對前端設(shè)計和fab-to-fab交互操作性感興趣的所有關(guān)聯(lián)方之間展開合作。“如果整個工業(yè)界不開放那些可以提高我們總體產(chǎn)率的IP,那么合作將不會有什么效果,”Simson這樣認(rèn)為。她的看法得到了代工廠Jazz Semiconductor的主席兼CEO Gil Amelio得響應(yīng)。“我們必須清除供應(yīng)鏈上的冗余,并且我們需要分享這些經(jīng)驗,”他說。“實現(xiàn)這一點,我們需要在共同R&D計劃上明智地運用資金,之后針對客戶的需求對產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)分。”
當(dāng)然,Amelio并不是要讓出公司皇冠上的寶石:“我們在鍺硅領(lǐng)域擁有很多很多的專利,我們花了很多錢來開發(fā)這些IP,我們很珍視并且并不會輕易共享,”他說。
EDA工具供應(yīng)商Mentor Graphics Corp.的主席兼CEO Walden Rhines也同意這一點,認(rèn)為共享獨立開發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)比較困難。“我認(rèn)為推動的力量將來自IP供應(yīng)商,當(dāng)他們變得更強(qiáng)時,就會作為客戶強(qiáng)迫代工廠與之合作。ARM已經(jīng)在這么做了,”Rhines說。
