半导体行业应在摩尔定律和市场需求中取得平衡

2017年08月29日 14:08    eechina
关键词: 半导体行业 , 摩尔定律
作者:泛林集团中国区首席技术官 周梅生

请回溯到上世纪80年代,想象这么一个场景:一位西装笔挺的中年男士驻足街角,正在用着一部“大哥大”同客户谈论业务。即使这部“大哥大”形制如半块砖头而又极不便携,也依然为它的所有者引来了不少艳羡的目光。这是当时一位典型的成功人士的形象。回到今天,现在的智能手机不仅外观小巧,功能也比过去多出许多,相对低的价格也让“昔日王谢堂前燕,飞入平常百姓家。”回顾历史,以手机为代表的电子设备经历了几十年的发展,已经逐步实现了小型化、便携化和平民化。这背后的发展其实也得益于半导体行业的飞速进步。现在半导体已经和人们的生活紧密结合,但凡只要插电的产品和器件,里面几乎一定会有半导体的应用。

半导体技术的进步遵循着“摩尔定律”,摩尔定律的核心内容是说:集成电路上可容纳的电晶体(晶体管)数目,约每隔18-24个月便会增加一倍。电晶体数目的翻倍意味着半导体性能的提升,背后则是生产工艺和相关技术的进步。随着半导体行业在经历了半个多世纪的发展之后,电晶体的尺寸愈来愈小,已经趋近于物理极限,要想提升半导体的性能已经不能够仅靠缩小其尺寸来实现。现在,半导体性能大幅提升所花费的时间从2000-2005年间开始逐渐放缓到间隔两三年,最近更演变为每隔四年倍增一次。因此,在半导体业界有一种声音认为:摩尔定律失效了。

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辩证看待摩尔定律

然而摩尔定律真的失效了吗?笔者认为我们应该辩证地看待这个问题。首先,摩尔定律本质上是一个关于经济层面的观察,而不是亘古不变的实体定律。半导体技术发展至今,虽然在密度微缩上趋于极限,但是随着新技术和新工艺的应用,半导体性能依然在持续不断地提升,只是提升的速度逐渐趋缓。目前,半导体行业正经历着全方位的变革和进步:半导体制造的逻辑技术已经从平面的晶体管向FinFET发展;在闪存上,也从平面走向纵向堆叠。这些变化都在为半导体性能的提升创造着可能,并继续延续着摩尔定律。但是,我们也应该注意到,随着制作过程的复杂化,半导体性能提升的边际成本正在走高。对于半导体行业来说,并不是所有的行业用户都能够承担10%性能提升所带来的高昂成本。从技术的角度来看,提升性能的解决方案其实一直都有,而从市场的角度来看,问题则是要花多少成本和代价去实现大规模应用,这就变成了摩尔定律成本的经济学考量。因此,笔者认为我们在讨论“摩尔定律是否失效”这个问题上时,既要理性看待技术层面的突破,也需要综合考量市场层面的成本和需求。

充分结合市场需求

回归到现在的半导体行业市场,笔者发现并不是所有的行业用户都希望付出高昂的成本,利用最为尖端的技术制造出性能领先的半导体产品。相反,另一部分行业用户则倾向于利用成本相对较低的成熟技术和设备,通过稳定的升级,或者是软件更新来提升生产力以获得收益。举例来说,泛林集团帮助其用户将较新的300毫米设备的软件操作系统应用在了稍老一点的200毫米设备上,使得200毫米设备机台的性能大大提升。而其另一个成功案例则是将应用在300毫米设备上的一些特殊的后续处理过程整合应用在200毫米设备中,使得有害尾气的排放减少了90%,并且让机台出货的产出率提升了30%。类似的案例还有很多,因为从行业用户的角度来看,工厂的机台达到满载,产出趋于恒定,所以每增加一个百分点的产出都可以视作为纯利。因此,站在市场角度看,行业用户应该明确的是,究竟是需要性能最为卓越但成本高昂的半导体产品,还是性能能够满足大部分需求但成本得以控制的产品。

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随着2014年中国《国家集成电路产业发展推进纲要》发表以来,在政府的推动下,国内半导体行业正在驶入高速发展的“快车道”,高速发展也意味着在企业决策层面也需要进行战略性的部署,真正做到瞻前顾后。对于国内新兴的半导体企业来说,就是一定不要走入“偏科”的误区,半导体行业的特点就是每个环节都不能偏废,不能只做成熟技术,或者只钻研于最先进的技术,而应该两者兼顾,一边利用成熟技术抓好市场,一边研发高精尖的技术工艺为未来进行储备。

可以看到,在VR、AR、无人驾驶汽车、人工智能等新产业的驱动下,半导体行业的发展依然不可估量,但面临的挑战还是存在的。不过,挑战即机遇,在这产业革新的大潮中如何能够在摩尔定律与市场需求中取得平衡,持续为用户创造价值,为企业创造收益,是需要整个半导体行业共同思考的。

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