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摘要：不久前，赛迪顾问发布了《中国IC 28纳米工艺制程发展》白皮书，从白皮书中可以看到，28纳米工艺将在中国持续更长时间，中芯国际一高通的“联合创新”实现了28纳米量产，使我国在十二五末顺利完成了28纳米量产攻关。由此启发，当今电子业趋于开放、合作、共赢，因此这一“联合创新”模式值得集成电路业内推广。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/281883.htm
关键词：28纳米；集成电路；制造；工艺
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.007
不久前，赛迪顾问发布了《中国IC 28纳米工艺制程发展》白皮书。白皮书指出，随着28纳米工艺技术的成熟，28纳米工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势：从2012年的91.3万片到2014年的294.5万片，年复合增长率高达79.6%，并且这种高增长态势将持续到2017年。白皮书明确表示，28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点。考虑到中国物联网应用领域巨大的市场需求，28纳米工艺技术预计在中国将持续更长时间，为6～7年。
具体来看，纵观IC（集成电路）50年来的发展历程，自发明以来所取得的成功和产品增值主要归功于半导体制造技术的不断进步。工艺技术持续快速发展（图1），现有技术不断改进，新技术不断涌现，带动了芯片集成度持续迅速提高，单位电路成本呈指数式降低。因此综合技术和成本等各方面因素，28纳米都将成为未来很长一段时间内的关键工艺节点。
从工艺角度，与40纳米工艺相比，28纳米栅密度更高、晶体管的速度提升了大约50%，而每次开关时的能耗则减小了50%。此外，目前28纳米采用的是193纳米的浸液式方法，当尺寸缩小到22/20纳米时，传统的光刻技术已无能为力，必须采用辅助的两次图形曝光技术（doublepatterning，简称为DP）。然而这样会增加掩膜工艺次数，从而致使成本增加和工艺循环周期的扩大。这就造成了20/22纳米无论从设计还是生产成本上一直无法实现很好的控制，其成本约为28纳米工艺成本的1.5-2倍左右。
从市场需求角度，因为成本等综合原因，14/16纳米不会迅速成为主流工艺，因此，28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点（图2和表1）。
关于中国28纳米工艺制程现状，自45纳米工艺技术于2011年被攻克之后，以中芯国际（SMIC）为代表的IC制造企业积极开展28纳米工艺技术的研发。中芯国际的28纳米生产制程经过几百人研发团队和近三年时间，于2013年底实现产品在上海试生产。2015年9月，中芯国际28纳米工艺产品将基本上实现量产。首先量产的将是PolySiN工艺，下一步集中在HKMG工艺。
SMIC-高通进行了联合创新
这次中芯国际的28纳米成功量产，离不开Qualcomm（高通）的鼎力支持，双方（Foundry与fabless厂商）的合作具有典型意义和示范作用。高通拥有众多关于半导体工艺和设计的领先技术。作为双方28纳米制程工艺合作的一部分，高通为中芯国际提出实际的产品需求。这对帮助中芯国际利用、改进和完善其生产能力，打造出高良品率、高精确度的世界级商用产品至关重要。同时，协同技术创新也有利于中芯国际建立世界级的28纳米工艺设计包（PDK），可以帮助高通以外的其它设计企业对中芯国际28纳米工艺树立信心。
赛迪顾问总裁李树翀称，今年是十二五计划的收官之年，按照规划，我国制造的领军企业——中芯国际要完成28nm的量产项目。在2014年下半年，高通公司开始与中芯国际合作，帮助其在28纳米上圆满突破。
资料显示，2014年高通与中芯国际宣布了将双方的长期合作拓展至28纳米晶圆制造。中芯国际藉此成为中国内地第一家在最先进工艺节点上生产高性能、低功耗手机处理器的晶圆代工企业。仅仅一年多时间，中芯国际28纳米芯片组实现商用：而在2015年9月，中芯国际、国家集成电路产业投资基金股份有限公司和高通宣布达成向中芯长电半导体有限公司投资的意向并签署投资意向书，投资总额为2.8亿美元。如本轮拟进行的投资一旦完成，将帮助中芯长电加快中国第一条12英寸凸块生产线的建设进度，从而扩大生产规模，提升先进制造能力，并完善中国整体芯片加工产业链。
从高通角度，业内人士普遍认为，其也将从“中高联合创新模式”中获得巨大裨益。与中芯国际深度合作，使高通增加了一个28纳米生产合作伙伴，该模式也可帮助高通更接近中国市场客户，更好地满足中国市场及客户的需求；而当下，中国物联网市场也正孕育巨大市场机会，高通曾在多个场合强调其技术正试图“拓展互联网边界”，业界认为与中芯国际等国内企业的合作，对于高通抓住和实现未来万物互联的机遇至关重要。
“联合创新”模式值得推广
中国集成电路产业需要模式创新。传统IDM（集成器件制造商）模式（图4）的高生产运营成本制约了技术创新，同时技术进步难度大，产能和市场难以匹配：与此同时，行业分工模式导致工艺对接难度加大，Foundry（晶圆代工厂）（图5）的标准化工艺研发不利于满足客户特色需求，各Foundry厂工艺不统一增加了Fabless（IC设计公司）的适配难度，两种模式均不能满足中国集成电路行业的未来发展需求。
而IC设计公司和晶圆代工厂的“联合创新”模式更值得推崇。联合创新模式是一种分工基础上的紧密合作，是一种产业结构上的虚拟再整合，有利于加快Foundry工艺进步速度，有助突破产业发展瓶颈，提高Fabless工艺适配能力，提升产品性能优化空间。
因此，“‘中高联合创新’正推动中国28纳米走向成熟，也开启了IC产业发展新模式。”作为全球领先的无晶圆半导体厂商，高通是少数几家能够以规模化和技术资源支持半导体代工厂开发及成熟化领先制程工艺的厂商，并且高通秉承开放的胸怀，与中国代工厂真诚合作。
现在是一个开放、合作、共赢的时代，此前英特尔和紫光/展讯、瑞芯微合作，高通和华为、中芯国际合作共推14nm，IBM成立OpenPOWER基金会、在华建立POWER技术产业联盟等，无不体现了这种理念。本土企业也应该抓住国家重视集成电路产业的时代机遇，与上下游合作伙伴甚至同业合作，提升技术水平和市场规模。
参考文献：
【1】魏少军，中国集成电路产业的差距在哪？电子产品世界，2014（9）：19
【2】郑小龙，打造合作共赢面向世界的创新模式，电子产品世界，2015（4）：22
【3】王莹，晶圆制造人才告急，校企联动与在职培训缺一不可，电子产品世界，2014（7）：18
【4】王莹，上下联动，促进IC产业跨越式发展，电子产品世界，2013（1）：28
【5】王莹，上下游厂商看中国IC设计业特点，电子产品世界，王莹2013（12）：28
关键词：28纳米；集成电路；制造；工艺
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.007
不久前，赛迪顾问发布了《中国IC 28纳米工艺制程发展》白皮书。白皮书指出，随着28纳米工艺技术的成熟，28纳米工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势：从2012年的91.3万片到2014年的294.5万片，年复合增长率高达79.6%，并且这种高增长态势将持续到2017年。白皮书明确表示，28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点。考虑到中国物联网应用领域巨大的市场需求，28纳米工艺技术预计在中国将持续更长时间，为6～7年。
具体来看，纵观IC（集成电路）50年来的发展历程，自发明以来所取得的成功和产品增值主要归功于半导体制造技术的不断进步。工艺技术持续快速发展（图1），现有技术不断改进，新技术不断涌现，带动了芯片集成度持续迅速提高，单位电路成本呈指数式降低。因此综合技术和成本等各方面因素，28纳米都将成为未来很长一段时间内的关键工艺节点。
从工艺角度，与40纳米工艺相比，28纳米栅密度更高、晶体管的速度提升了大约50%，而每次开关时的能耗则减小了50%。此外，目前28纳米采用的是193纳米的浸液式方法，当尺寸缩小到22/20纳米时，传统的光刻技术已无能为力，必须采用辅助的两次图形曝光技术（doublepatterning，简称为DP）。然而这样会增加掩膜工艺次数，从而致使成本增加和工艺循环周期的扩大。这就造成了20/22纳米无论从设计还是生产成本上一直无法实现很好的控制，其成本约为28纳米工艺成本的1.5-2倍左右。
从市场需求角度，因为成本等综合原因，14/16纳米不会迅速成为主流工艺，因此，28纳米工艺将会在未来很长一段时间内作为高端主流的工艺节点（图2和表1）。
关于中国28纳米工艺制程现状，自45纳米工艺技术于2011年被攻克之后，以中芯国际（SMIC）为代表的IC制造企业积极开展28纳米工艺技术的研发。中芯国际的28纳米生产制程经过几百人研发团队和近三年时间，于2013年底实现产品在上海试生产。2015年9月，中芯国际28纳米工艺产品将基本上实现量产。首先量产的将是PolySiN工艺，下一步集中在HKMG工艺。
SMIC-高通进行了联合创新
这次中芯国际的28纳米成功量产，离不开Qualcomm（高通）的鼎力支持，双方（Foundry与fabless厂商）的合作具有典型意义和示范作用。高通拥有众多关于半导体工艺和设计的领先技术。作为双方28纳米制程工艺合作的一部分，高通为中芯国际提出实际的产品需求。这对帮助中芯国际利用、改进和完善其生产能力，打造出高良品率、高精确度的世界级商用产品至关重要。同时，协同技术创新也有利于中芯国际建立世界级的28纳米工艺设计包（PDK），可以帮助高通以外的其它设计企业对中芯国际28纳米工艺树立信心。
赛迪顾问总裁李树翀称，今年是十二五计划的收官之年，按照规划，我国制造的领军企业——中芯国际要完成28nm的量产项目。在2014年下半年，高通公司开始与中芯国际合作，帮助其在28纳米上圆满突破。
资料显示，2014年高通与中芯国际宣布了将双方的长期合作拓展至28纳米晶圆制造。中芯国际藉此成为中国内地第一家在最先进工艺节点上生产高性能、低功耗手机处理器的晶圆代工企业。仅仅一年多时间，中芯国际28纳米芯片组实现商用：而在2015年9月，中芯国际、国家集成电路产业投资基金股份有限公司和高通宣布达成向中芯长电半导体有限公司投资的意向并签署投资意向书，投资总额为2.8亿美元。如本轮拟进行的投资一旦完成，将帮助中芯长电加快中国第一条12英寸凸块生产线的建设进度，从而扩大生产规模，提升先进制造能力，并完善中国整体芯片加工产业链。
从高通角度，业内人士普遍认为，其也将从“中高联合创新模式”中获得巨大裨益。与中芯国际深度合作，使高通增加了一个28纳米生产合作伙伴，该模式也可帮助高通更接近中国市场客户，更好地满足中国市场及客户的需求；而当下，中国物联网市场也正孕育巨大市场机会，高通曾在多个场合强调其技术正试图“拓展互联网边界”，业界认为与中芯国际等国内企业的合作，对于高通抓住和实现未来万物互联的机遇至关重要。
“联合创新”模式值得推广
中国集成电路产业需要模式创新。传统IDM（集成器件制造商）模式（图4）的高生产运营成本制约了技术创新，同时技术进步难度大，产能和市场难以匹配：与此同时，行业分工模式导致工艺对接难度加大，Foundry（晶圆代工厂）（图5）的标准化工艺研发不利于满足客户特色需求，各Foundry厂工艺不统一增加了Fabless（IC设计公司）的适配难度，两种模式均不能满足中国集成电路行业的未来发展需求。
而IC设计公司和晶圆代工厂的“联合创新”模式更值得推崇。联合创新模式是一种分工基础上的紧密合作，是一种产业结构上的虚拟再整合，有利于加快Foundry工艺进步速度，有助突破产业发展瓶颈，提高Fabless工艺适配能力，提升产品性能优化空间。
因此，“‘中高联合创新’正推动中国28纳米走向成熟，也开启了IC产业发展新模式。”作为全球领先的无晶圆半导体厂商，高通是少数几家能够以规模化和技术资源支持半导体代工厂开发及成熟化领先制程工艺的厂商，并且高通秉承开放的胸怀，与中国代工厂真诚合作。
现在是一个开放、合作、共赢的时代，此前英特尔和紫光/展讯、瑞芯微合作，高通和华为、中芯国际合作共推14nm，IBM成立OpenPOWER基金会、在华建立POWER技术产业联盟等，无不体现了这种理念。本土企业也应该抓住国家重视集成电路产业的时代机遇，与上下游合作伙伴甚至同业合作，提升技术水平和市场规模。
参考文献：
【1】魏少军，中国集成电路产业的差距在哪？电子产品世界，2014（9）：19
【2】郑小龙，打造合作共赢面向世界的创新模式，电子产品世界，2015（4）：22
【3】王莹，晶圆制造人才告急，校企联动与在职培训缺一不可，电子产品世界，2014（7）：18
【4】王莹，上下联动，促进IC产业跨越式发展，电子产品世界，2013（1）：28
【5】王莹，上下游厂商看中国IC设计业特点，电子产品世界，王莹2013（12）：28