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近日,中國大陸最大的晶片代工企業中芯國際因為人事變動的問題屢屢登上新聞熱搜,因為之前的老上司、臺積電前COO蔣尚義將出任中芯國際副董事長,現中芯國際聯席CEO梁孟松在董事會上請辭

這起事端除了導致在市場層面中芯國際股價一度暴跌近10%、交易被停止之外,另外被各家媒體長篇累牘描述的就是中芯國際這家公司歷史上的一些人事糾紛和組織變動。

而除了這些內容之外,其實此次中芯事件還有另外一個觀察角度,即對於當下的中芯國際來講,蔣尚義和梁孟松代表的絕不僅僅是他們兩個人,而是公司要選擇走怎樣的生存和發展道路。

蔣爸的“Chiplet”偏好

近幾十年來,越來越多的計算機系統被整合到單一晶片上已經成為一種趨勢,當今的各類SoC(片上系統)就是這種趨勢的結果。但是,隨著複雜性提升和成本優勢的喪失,更重要的是摩爾定律日益迫近“失效”邊界,SoC路線也開始動搖。

現階段,一種名為Chiplet(小晶片、芯粒)的封裝模式開始從幕後走向臺前,而這種可以大幅提高系統的整合度、使不同功能和工藝的晶片都可以封裝到同一塊基板上的技術自然也引起了蔣尚義的關注。

蔣尚義

2019年6月,蔣尚義離開中芯國際轉任武漢弘芯總經理也是為了推廣這一技術,只是因為後來弘芯專案失敗才使此事無疾而終。而如今蔣尚義再度迴歸中芯,肯定也與念念不忘Chiplet不無關聯。

目前,AMD、英特爾、臺積電、Marvell和其他一些公司已經開發或演示了使用Chiplets的裝置,這是開發先進設計的另一種方式。但除此之外,由於生態系統問題、缺乏標準等因素,Chiplets的應用在業界受到限制。

對於Chiplet,其目標是透過將預先開發的模具整合到 IC 封裝中,從而減少產品開發時間和成本。因此,晶片代工廠可能在一個庫中有一個模組化晶片或Chiplet的組合,Chiplet可以在不同的節點上有不同的功能。

雖然Chiplet並不是一個新概念,多年來,也已經有幾家公司出貨了類似的晶片設計,但在SoC越來越複雜和昂貴背景下,Chiplet不失為一種探索與嘗試。

依據摩爾定律,晶片代工廠每隔18到24個月就會推出一種新的工藝技術。在這種節奏下,廠商推出基於最新工藝的新晶片,使器件以更低的成本獲得更高的電晶體密度。

但這個規律從16nm/14nm節點開始解體。突然間,IC設計和製造成本急劇上升,自此,一個完整的節點的週期從18個月延長到2.5年甚至更長。

這就給了Chiplet機會——一個更大的晶片可以被分解成更小的晶片,並根據需要進行混合和匹配。與微控制器相比,Chiplet的成本更低,產量更高。

需要注意的是,雖然被歸類為封裝模式,但其實Chiplet更應該是封裝架構的一部分。利用Chiplet,晶片可以整合到現有的封裝型別中,如2.5D/3D、扇出式或多晶片模組(MCM)。有些企業可能會使用Chiplets開發全新的架構。

例如,英特爾去年使用一種叫做 Foveros 的方法,推出了一個3D CPU平臺。這是一個10奈米的處理器核心和4個22奈米的處理器核心的封裝組合。

AMD、Marvell等公司也開發了類似晶片的產品。一般來說,這些設計都是針對與當今2.5D封裝技術相同的應用,比如AI和其他資料密集型工作負載。

但鑑於成本和價效比問題,Chiplet短期內還不會佔據主導地位。在某些情況下,單片式晶片將是成本最低的選擇。但對於高效能產品來說,未來Chiplet將會成為標配。

目前,英特爾和一些其他公司已經具備了開發這些設計的條件。臺積電也正在開發一種名為 “整合晶片系統”(System on Integrated Chip,SoIC)的技術,該技術可以為客戶提供使用Chiplet的類3D設計。同時,臺積電也有自己的模對模互連技術,名為Lipincon

很顯然,由於成本和場景的限制,當下僅有蘋果終端裝置晶片和華為升騰晶片應用有Chiplet,整體來看,整個Chiplet市場還十分小眾,仍處於萌芽階段。但考慮到未來人工智慧和大型資料中心的發展前景,Chiplet潛力巨大。

梁孟松力求先進製程

與熱衷Chiplet的蔣尚義不同,梁孟松則是完全醉心於對先進製程的追求上。而從過往的經歷看,其本人也是一個不折不扣的技術精進者。

梁孟松自加州大學伯克利分校師從半導體泰斗、FinFET技術發明人胡正明教授,為其最為器重的得意門生之一,獲得電子工程博士學位後當選電氣電子工程師學會院士。美國專利及商標局的資料顯示,梁孟松參與發明的半導體技術專利達181件之多,均為最先進和最重要的關鍵技術研究。

胡正明

1992年返臺後任臺積電工程師、資深研發處長,是臺積電近500個專利的發明人。梁孟松任職臺積電17年期間,負責及參與每一世代製程的最先進技術,2003年臺積電以自主技術,在130奈米銅製程擊敗IBM,一戰成名。

2009年被韓國三星重金挖角後,梁孟松帶走二十多名臺積電工程師,帶領三星從28奈米直攻14納米制程,一度讓三星該製程超前臺積電半年量產,搶走蘋果A9處理器訂單。這造成臺積電股價大跌、評級遭降,進而損失10億美元。

除了帶領三星研發團隊取得早期成功之外,實際上樑孟松的指導對三星後來獨自發展技術路線也具有相當大的影響。最典型的代表就是在3納米制程節點上,三星從FinFET電晶體轉向GAA環繞柵極電晶體工藝。

其中3奈米工藝使用的是第一代GAA電晶體,稱為3GAE的工藝。基於全新的GAA電晶體結構,三星透過使用3奈米片裝置製造出了可顯著增強電晶體效能的多橋-通道場效電晶體(Multi-Bridge-Channel FET, MBCFET),用來取代FinFET電晶體技術。

而以上的一切成就均與之前梁孟松為三星打下的堅實基礎密不可分。到了2018年,三星晶圓代工收入已經攀上約100億美元

而時間到了2017年11月,梁孟松出任中芯國際聯合CEO,這三年多來,其對中芯國際乃至整個中國大陸半導體生產的貢獻都有目共睹。

如其在給董事會的辭呈中所言,“在這1000多個日子裡,我幾乎從未休假……這段期間,我盡心竭力完成了從28奈米到7奈米,共五個世代的技術開發。這是一般公司需要花十年以上的時間才能達成的任務。”

更可貴的是,除了製程上的躍進,中芯國際的產品良率也大有改觀。公司在不到300天就把14奈米晶片的良率從3%提高到了95%,2019年宣佈量產。

梁孟松

今年5月13日,中芯國際釋出2020年第一季財報,年增35.3%,主要是市場需求和產品結構優於預期,其中14奈米晶片先進製程銷售更激增,一掃之前陰霾,梁孟松功不可沒。

在今年11月12日在業績會上,梁孟松表示,第二代先進工藝技術n+1正在穩步推進中,正在做客戶產品驗證,目前進入小量試產,產品應用主要為高效能運算。

梁孟松早前曾介紹,相比於14奈米的晶片,N+1晶片技術功耗降低57%,邏輯面積小63%,SoC面積減少55%,而這些指標就相當於7奈米晶片的指標引數。

中芯國際採用N+1,就不需要EUV光刻機,利用目前的193奈米波長的光刻機,再輔以浸潤式技術,等於134奈米的波長,可以實現7奈米的精度。

梁孟松還提到中芯國際是國際性的代工廠,公司的產能部件或技術的發展並不是針對單一客戶制定,不只在手機,在中低端的消費電子、汽車電子、AI等,中芯國際都有對應的晶片產品。

總結來看,梁孟松在中芯國際的技術突破很明顯,“28奈米、14奈米、12奈米及N+1等技術均已進入規模量產,7奈米技術的開發也已經完成,明年4月就可以馬上進入風險量產。5奈米和3奈米的最關鍵、也是最艱鉅的8大項技術也已經有序展開,只待EUV光刻機的到來,就可以進入全面開發階段。”

求生存,謀發展

其實,從以上的描述也可以知曉,此次中芯事件關鍵不在於蔣梁二人的技術路線之爭,而在於公司下一階段是優先考慮商業回報還是為更大的競爭潛力積蓄能量。

時值眼下,中芯國際正式被美國列入制裁名單,導致公司從ASML訂購的EUV光刻機短時間內必然無法到貨。這帶來的問題就是梁孟松竭力追求的5奈米和3納米制程根本沒有辦法量產,其個人也就沒有了施展的空間。

其實這對於梁孟松來說也並非新鮮事,當時在三星期間,梁孟松曾協助三星推動從28奈米到14奈米的技術改造與發展,不過三星決定在7奈米跳過DUV直上EUV,導致對梁孟松技術的需求已降低。

此前,還傳出梁孟松反對擴建新產能來滿足5G手機電源管理晶片PMIC的市場需求,認為這種成熟製程和產品的利潤不好,不如自己負責的先進製程技術重要。

但從技術節點來看,第三季度,即便是中芯國際最先進的14/28奈米晶圓收入佔比也僅為14.6%。目前公司收入的主流仍是40/45奈米和55/65奈米晶圓,第三季度收入佔比分別為17.2%和25.8%。

可以看出,在技術自主和內迴圈的大背景下,中芯國際一方面要透過中低端產品來擴大營收,另一方面又肩負著先進製程技術突破的重擔,面對市場和社會的雙重期待,他們每一方都要平衡好。

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