突破成本限制　半導(dǎo)體業(yè)界追尋替代新技術(shù)

　　隨著晶片制造的成本與復(fù)雜度不斷提高，使得今年成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整并以及尋找替代性技術(shù)創(chuàng)記錄的一年。在日前于美國加州舉行的IEEE S3S大會上，舉會的工程師們不僅得以掌握更多絕緣上覆矽(SOI)、次閾值電壓設(shè)計與單晶片3D整合等新技術(shù)選擇，同時也聽說了有關(guān)產(chǎn)業(yè)重組與整并的幾起傳聞。

　　截至目前為止，今年全球半導(dǎo)體公司已經(jīng)完成了23筆收購交易了，這比起過去兩年的交易數(shù)總和還更多，摩根士丹利(Morgan Stanley)半導(dǎo)體投資銀行全球負責人Mark Edelstone在發(fā)表專題演講時透露。他同時預(yù)測今年的全球并購交易總值可能從174億美元增加到近300億美元。

　　“今年的情況真的是破記錄了!”他列舉了今年出現(xiàn)的幾宗較大整并案例，如英飛凌科技(Infineon Technologies)和國際整流器(IR)公司，以及安華高(Avago)和LSI公司之間的并購交易?！斑@個趨勢將會延續(xù)下去，預(yù)計在今后幾年都將呈現(xiàn)非常繁忙的并購景象。”

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　　2009-2014年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并購交易數(shù)與總額

　　資金成本較低正為所有的產(chǎn)業(yè)掀起并購浪潮，而晶片制造成本和復(fù)雜度的增加更助長了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的并購。目前制造一個20nm晶片的成本約需5,300萬美元，較制造28nm晶片成本所需的3,600萬美元更大幅提高，預(yù)計到了16/14nm節(jié)點時還將出現(xiàn)另一次躍升的高成本，Edelstone表示。 “要在這樣的投資環(huán)境下賺錢，真的需要非常大的市場，而且還會對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的影響。到了16/14 nm FinFET世代，每閘極成本仍持續(xù)地攀升，這將顯著地改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀——事實是：規(guī)模決定成敗?！?/p>

　　與會的多位發(fā)言人一致認為，如今在整個產(chǎn)業(yè)中，每電晶體成本仍不斷上升中。不過，英特爾(Intel)在今年9月時透露，其14nm FinFET制程將可支援更低的每電晶體成本。

　　14/16nm FinFET制程節(jié)點象征著產(chǎn)業(yè)今后發(fā)展的主流方向，但完全耗盡型(FD)和極薄的SOI制程也有機會，GlobalFoundries公司產(chǎn)品經(jīng)理Michael Medicino表示。

　　有些對成本敏感的行動晶片由于考慮到成本將會避免采用14nm和10nm FinFET制程，而且時間可能長達4至6年。SOI可說是為其提供了另一種替代方案，它能以接近28nm聚合物電晶體的成本，達到20nm bulk電晶體的性能，不過他認為在市場壓力下所有的bulk電晶體成本還會進一步下降。

　　Mendicino預(yù)計SOI替代技術(shù)在未來三年中占據(jù)約10%的代工業(yè)務(wù)比重，不過他強調(diào)這只是猜測。“三年后再問我吧!”他打趣道。

　　此外，聯(lián)發(fā)科(Mediatek)高性能處理器技術(shù)總監(jiān)Alice Wang介紹一個次閾值設(shè)計的案例。該公司的遠大目標在于推動晶片達到漏電流和動態(tài)能量交會的最小能量點，這同時也是在她的博士論文和ISSCC 2004論文中提出的一個概念。

　　工程師們已經(jīng)針對這項艱巨的目標努力了近一年。接下來將面臨的挑戰(zhàn)是提供仍能完成有意義的工作、可靠并且具有最小開銷的晶片，Alice指出。

　　大規(guī)模平行架構(gòu)有助于提供超低功耗晶片進行媒體處理任務(wù)時所需的性能。此外，時序收斂方面的新方法與新工具可以解決一些可靠性和開銷的問題，她表示。

　　“我認為現(xiàn)在正是讓超低電壓(ULV)成為我們?nèi)粘Ｉ钜徊糠莸臅r候了?！彼谔岬介_發(fā)中市場正出現(xiàn)可穿戴和設(shè)計議題時指出，“世界上還有大約13億人——占全球人口的20%，目前都還沒有電力供應(yīng)……因此能源是新興市場面臨的真正關(guān)鍵挑戰(zhàn)。”

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　　GlobalFoundries預(yù)計，下一代SOI可望以28nm聚合物電晶體的價格提供20nm的性能。

　　大會主持人Zvi Or-Bach特別提到會議期間舉辦的兩次專題討論，會中討論到如何擴展目前最新快閃記憶體晶片中采用的單晶片3D設(shè)計類型。

　　專題討論之一由來自CEA-Leti和意法半導(dǎo)體(STMicroelectrlnics)的研究人員介紹單晶片3D整合技術(shù)，這是因應(yīng)2D晶片微縮帶來不斷增加的成本而開發(fā)的一種替代性技術(shù)。他們在一項FPGA案例研究中發(fā)現(xiàn)，采用這種技術(shù)能夠比傳統(tǒng)堆疊結(jié)構(gòu)減少55%的面積。

　　在這份研究報告指出：單晶片3D整合技術(shù)旨在按上下順序一個接一個地處理電晶體。然而，在實際建置時面臨著許多挑戰(zhàn)，例如在溫度低于600℃的情況下能夠取得高性能頂部電晶體、以便在頂部堆疊式FET制造過程中防止底部FET出現(xiàn)性能退化……固定相位外延再生長已證明其效率包含600℃左右的熱預(yù)算，預(yù)計在向下變化時也能具有高效率。

　　另外，EV Group和Nikon公司代表分享用于鍵合與校準系統(tǒng)的新功能細節(jié)，這些技術(shù)能夠避免目前3D晶片堆疊中使用的矽穿孔(TSV)的高成本和高復(fù)雜度。

　　EV Group公司展示為200nm或更先進制程進行鍵合校準精密度的案例。Nikon介紹了一種新的EGA精密晶圓鍵合技術(shù)，“它可以獲得比250nm制程更好的穩(wěn)定度和更高校準精密度……從而為制造未來的DRAM、MPU和影像感測器等3D IC開路?！?/p>