深度爆料：FinFET教父胡正明，才是成就麒麟芯片的高人
发布时间：2015-11-23 19:08
发布者：eechina
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来源：TV全网通 这段时间半导体界最热门的新闻，除了紫光和台湾联发科、台积电打嘴仗，就是华为麒麟950 SoC发布。作为今年最顶级的手机芯片之一，麒麟950吸引到了整个智能手机产业链的关注：首款商用台积电16nm FinFET+工艺的SoC、ARM A72的首商用、MaliT880图形处理器的首商用、首次商用自研ISP技术、最早通过中国移动VoLTE(高清语音)认证的芯片平台…… 其中最引人注目的当是麒麟950采用了16nm FinFET+工艺，这表明中国企业在半导体工艺方面站上了业界最前沿。我们知道，当前手机芯片比较先进的制造工艺是20nm，比如高通骁龙810或者三星14nm FinFET还有台积电的16nm FinFET+（比如三星的Exynos 7420、苹果A9）。麒麟的前代产品采用的是28nm，问题来了，为什么在工艺上推进是选择跨越20nm直接进入16nm FinFET+工艺。 
麒麟选择FinFET技术时为什么选台积电而没有选择三星？ 大家需要抛离开商业因素，按照目前市场格局，华为是中国乃至世界品牌中属于狼性企业，它自身有一定的能力做到更好的工艺规划战略。但凡事离不开人，麒麟能直接切入选择16nm工艺，这其中的秘密是华为麒麟背后一位隐世高人——FinFET技术的发明者、半导体顶级专家、美国加州大学伯克利分校教授胡正明。 卧薪尝胆 FinFET二十年磨一剑 胡正明1947年出生于北京豆芽菜胡同，学术生涯始于加州大学伯克利分校。1973年在伯克利获得博士学位，并一直从事半导体器件的开发及微型化研究。上世纪90年代中期，英特尔领头的芯片业界普遍认为半导体制程工艺到25nm关口时将出现瓶颈，制造技术难以突破。因为无法解决晶体管大规模集成到一定数量后的漏电问题，功耗随之非常高，也就是打破了英特尔提出的摩尔定律。换句话就是说，工艺将会停滞不前，因为没有更好的工艺设计能力，随之而来的就是人类智能化的进程变慢。 
行业进入新的革新期，很多研究机构致力于解决这一难题。胡正明教授在伯克利带头的研究小组就是经过多年研究，率先取得突破，实话说这是在商业技术上华人的骄傲。1999年胡教授发明两种技术：基于立体型结构的FinFET晶体管技术（鳍式场效电晶体），和基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术的UTB-SOI技术，也就是行业内常说的FDSOI晶体管技术。FinFET技术在1999年发布，UTB-SOI在2000年发布，一个偏高端，一个偏中低端，它们都能解决半导体制程到25nm后的制造和功耗难题。又一位华人惊动半导体业界，凭借这成就，2000年，胡正明教授获得美国国防部高级研究项目局最杰出技术成就奖。 视频从4:01我们将会解读到离消费者很远却又很近的半导体历史，同样随着华为新机即将发布，我们将有机会体验最新的麒麟950是如何带领我们走向更好的智能生活。 我们知道，在物理应用科学领域，实验室的超前研究成果通常需要10-20年的时间才能真正产业化。FinFET技术也经历了这一过程，在10多年后才被英特尔、台积电、三星全球三大半导体制造商采用，并被奉为至宝。基于FinFET技术理念，英特尔在2011年发明了3D晶体管，制程突破25nm达到22nm；FinFET技术提出20年后，16nm FinFET+工艺也成功商用，获得了华为等三四十家芯片厂商青睐，台积电预计到明年底客户数量将达到一百家。一些没有采用FinFET技术、制程在25nm之后的高性能芯片，例如骁龙810，一直没有摆脱芯片发热、功耗过高的困扰。可见产业界充分验证了胡教授的预言，而胡教授的研究成果也让半导体产业再续辉煌。 2015年 麒麟芯片跨越式突破 FinFET技术在2011年率先用于PC芯片，手机芯片应用的转折点是2013年。2013年以来手机芯片的主流制造工艺是28nm，也是性能与功耗平衡的最优选择。随着消费者对智能手机性能要求越来越高，芯片必须集成更多的晶体管，但是从28nm往下走，制造工艺已经无法解决芯片大规模集成晶体管后的漏电问题，功耗非常高。20nm相比28nm在功耗和性能上有不小进步，也无法满足顶级芯片对性能、功耗的要求。 华为从1991年开始研发芯片，到2014年麒麟920系列芯片横空出世，应用在华为荣耀6、华为Mate7等智能手机上，获得了消费者的如潮好评。今年上半年发布的麒麟930，也是性能与功耗平衡的典范。但是，华为很早就意识到了手机芯片工艺的技术极限，只有胡正明教授发明的FinFET和FDSOI两种技术可以突破25nm。据业内人士说，2013年，正在研发麒麟950的华为芯片团队拜访了胡正明教授，与其进行了深入的交流，做出了通过技术创新突破瓶颈的选择：跳过20nm，开始了16nm FinFET+工艺的技术突破之旅。 虽然是做出了选择16nm FinFET+工艺的决定，但要真正将其商用却面临着巨大挑战，要求单芯片集成的晶体管数目从20亿个增加到30亿个，金属互联的难度成倍提升；基于3D结构的晶体管，工艺复杂度大幅增加。华为和台积电携手合作，最终取得了突破性进展，在2014年4月实现业界首次投片，2015年1月实现量产投片，手机芯片领域在麒麟950上率先商用。数据显示，16nm FinFET+工艺相比28nm HPM工艺，性能提升65%，节省70%的功耗；相比20SoC工艺性能提升40%，节省60%功耗。 当前在手机芯片制造领域拥有FinFET技术的只有三星和台积电，其来源都是胡正明教授。华为之所以选择台积电，一方面可能由于和台积电有长期的合作关系，另外一方面，应该也是对胡正明教授的信任和致敬吧。华为麒麟团队一定认为，胡教授担任台积电三年多技术长（CTO），其带领台积电锻造的FinFET工艺更加“正宗”，而其他的都是“仿制”，“仿制”的肯定不如“正宗”的好。当然我这么说只是开玩笑，这里面的恩恩怨怨和错综复杂大家自己去体会，但产业的发展却是千真万确地证实了这一点：苹果iPhone 6S的A9芯片有两个版本，三星14nm FinFET工艺版本在性能和功耗上都不如台积电16nm FinFET工艺版本，以至很多消费者到苹果店点名要买台积电版本的手机，已经购买了三星版本的手机的消费者要求换货，业界称之为“芯片门”事件。 由此，我们可以说揭开了麒麟为何选择跳过20nm、为何选择台积电16nm FinFET技术两个问题的谜底，原来华为芯片的跨越式发展背后有高人指点。麒麟950能够取得跨越式发展，既是胡正明教授对FinFET技术的深刻理解和对华为鼎力支持，也是华为芯片自身锐意创新的结果。回头来看，高通选择20nm工艺、苹果选择了三星的14nm工艺，在当时也是很自然的选择；但最难走的道路，虽然有风险，也可能有成功的果实，这需要智慧和勇气，更需要巨大的努力和付出。华为与台积电合作推动16nm FinFET+工艺在2015年成功商用，并将在今后大放异彩，推动半导体产业进步，造福人类生活。 我们重新来说一说隐世高人胡正明教授。作为顶级半导体专家，胡正明教授贡献卓著，他是IEEE Fellow、美国工程院院士、中国工程院外籍院士。在台积电担任CTO时获得“台湾第一CTO”的雅号。但胡正明是一位真正的隐世高人，淡泊名利，一生都奉献给了最热爱的半导体产业，并且无怨无悔，用他自己的话说“如果我今天要重新再选一行的话，我还是会选半导体这一行”。2010年后，持续数十年的Bulk CMOS工艺技术在20nm走到尽头，胡教授在20年前开始探索并发明的FinFET和FD-SOI工艺，成为半导体产业仅有的两个重要选择。因为他的两个重要发明，摩尔定律在今天得以再续传奇。 |
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