當前位置:首頁 極科頭條 5G能為半導體行業帶來哪些新機遇? 2017-03-27 05:29:54 來源:SITRI 領域:行業熱點 瀏覽:327

2016年對于半導體產業來說無疑是頗不平靜的一年,行業不但延續了2015年火熱的并購整合潮,甚至連曾經的業內標桿ARM和NXP都選擇了被收購,讓業內人士震撼又感慨。巨頭豪擲百億美金去合縱連橫,目的無非是瞄準未來的技術趨勢進行戰略布局,而5G的部署無疑將是未來數年內科技領域最重要的事件。據有關市場機構預測,5G網絡到2025年會產生2500億美元的年營收,并強力拉動上游產業,這勢必會給在近年來動蕩不安的半導體行業帶來全新的機遇和挑戰。

什么是5G?

從上世紀80年代至今,每一代移動通信標準都有著其標志性的能力指標和核心關鍵技術。1G 只能提供模擬語音業務; 2G的GSM網絡主要采用時分多址( TDMA),可提供數字語音和低速數據業務;3G 以CDMA為技術特征,用戶峰值速率達到 2Mbps 至數十Mbps, 可以支持多媒體數據業務; 4G LTE網絡用戶峰值速率可達 100Mbps以上,能夠支持各種移動寬帶數據業務。

相比前四代通訊技術,5G網絡的變革將更加全面,關鍵能力也將更加豐富。與前幾代移動通信網絡主要依靠某單一技術驅動的演進不同,5G通訊技術更多地是由應用市場驅動,依賴的是一整套不同的技術,如新型多址技術,大規模天線陣列,超密集組網,全頻譜介入等。在進一步提高通訊傳輸速度的同時,更加強調連續廣域覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠和低功耗大連接等場景下的技術需求,為進一步升級的移動互聯網市場,和新興的物聯網、智能汽車、智能制造、虛擬現實等市場提供多元化的技術方案。目前國際主流的行業組織、運營商、設備廠商和芯片廠商都在積極投入5G標準的制定,預計到2020年前后,5G網絡將實現商用。

通訊芯片換代或將顛覆現有秩序

目前包括美、日、韓及大陸運營商紛紛將5G技術商用化時間點押寶在2020年,甚至有部分激進的運營商喊出2018年便可以搶先試行5G相關應用。5G網絡的商用必然將催生移動通信芯片升級換代的海量市場,同時也將帶來通訊芯片市場版圖的巨大變化。回顧歷史,每一代通訊標準的升級都伴隨著通訊芯片廠商的起起落落,如3G網絡直接帶來了高通的崛起,同時也伴隨著摩托羅拉通訊芯片業務(后拆分為Freescale)的衰落;4G時代,高通、聯發科、海思、展訊等茁壯成長,而曾經被視為強強聯合的LTE芯片廠商意法-愛立信(由意法、恩智浦、愛立信合資成立)卻黯然解散,此外日本NEC、瑞薩也相繼關停或出售了其4G芯片業務。面對5G芯片的巨大市場,主流的通訊芯片廠商如高通、三星、華為、聯發科等都在進行戰略布局,在4G大戰中鎩羽而歸的Intel也對5G市場虎視眈眈。按照半導體產業贏家通吃的慣常邏輯,一番激烈競爭之后5G時代還是會誕生一家領跑廠商;至于最終花落誰家,還是讓我們拭目以待吧。

低功耗廣覆蓋促進IoT落地

除了原有通訊芯片市場之外,5G的到來無疑將幫助許多新市場取得突破。其中受益最大的無疑就是物聯網市場。

萬物互聯的物聯網毫無疑問是未來發展的必然趨勢。然而,各種物聯網應用的設想雖然看起來很美,實際落地時卻總會遇上各種各樣的困難。其中一個重要的原因在于沒有合適的網絡連接方式。與手機和PC通訊都不同,大量物聯網設備更需要低成本、低功耗、廣覆蓋的網絡連接,若采用現有的運營商蜂窩網絡就會遇到種種問題,如信號覆蓋不夠、電池更換頻繁、流量及維護成本過高等問題。5G標準專門覆蓋了這一技術空白,如3GPP今年正式發布的NB-IoT標準,一經推出即得到產業界的積極響應。據GSMA預測顯示,NB-IoT在2020年將達到30億的連接;研究機構Machina亦預測,NB-IoT未來將覆蓋25%的物聯網連接。

物聯網設備按所需傳輸速率的分布

物聯網中低速率、低功耗的終端將占據聯網終端設備的60%,涉及到智能表計、智慧城市、物流跟蹤等眾多市場,潛力巨大。隨著網絡連接這一瓶頸的解除,眾多新興的應用場景,如智能水、電、燃氣等計量表、市政管網監測節點、智能路燈、垃圾站點監測、農業灌溉監測、氣象/水文數據采集、物流跟蹤等市場必將迎來爆發,從而帶動相關MEMS傳感器芯片、MCU芯片以及通訊芯片本身的出貨增長。

汽車自動化真正拉開大幕

一個月前,高通宣布以470美元收購恩智浦,創下了半導體業界最大的并購記錄,也讓我們感受到了半導體巨頭對汽車電子志在必得的決心。

從傳統汽車到互聯網汽車再到無人車的演變大致遵循著兩條路徑。其一可稱為由內而外的自主式路線,即通過先進的車載傳感和控制系統,實現汽車對環境的自主判斷和對車身的自主控制;其二可稱為協同式路線,通過車聯網,實現車與車、車與環境的實時交互(V2X),如通過車聯網獲知紅綠燈信息、路況信息等,進而做出控制決策。兩條路徑會相互融合,最終實現真正的自動駕駛。

無論哪種方式,都需要5G快速普及商用之后才能真正實現。百度方面的數據表明,在未來的無人駕駛過程之中,單車每小時所產生的數據高達100GB。更重要的是,目前4G網絡端到端延時在60ms以上,這對于高速行駛的汽車而言是非常危險的。5G網絡有望解決這個問題。首先5G網絡的負載能力會遠遠強于4G,網絡的擁堵狀況也會大大減輕;更重要的是5G技術會為自動汽車這類高優先級用戶特別考慮,保證汽車控制信號能夠一直以足夠快的響應速度來傳輸。只有在高速率(可達10G峰值速率)、低延時(1ms)、大容量(相當于目前的1000倍容量)的5G網絡部署之后,自動駕駛才能真正走入現實。屆時,汽車將真正成為半導體行業最大的增長引擎。

加速“虛擬現實”走向現實

盡管業界聲稱2016年是“VR元年”,但從現實情況看,虛擬現實在短時間內大規模進入消費電子市場仍困難重重,其中數據傳輸是繞不過的障礙。

據美國有線實驗室預計,消費者可能需要高達每秒150-200兆的網速來適應虛擬現實(VR)內容的互聯網通訊。而多人體驗可能需要更高的要求,網絡需要達到千兆速度。目前高質量的基于PC端的VR產品由多是依賴HDMI線纜傳輸數據,然而線纜的存在不可避免將影響產品使用體驗,尤其對于沉浸在虛擬環境中的使用者來說,線纜還有可能帶來拉扯設備、絆倒等危險,因此無線化是VR產品的必然趨勢。雖說目前802.11ac Wi-Fi通信技術在良好無干擾的環境下傳輸速度約可達300Mbps,但此為理想狀態速度,尚未考慮頻段擁擠和信號干擾等問題,況且若VR內容分辨率和刷新率再提升一些,802.11ac的帶寬便會不足。盡管業界也推出了新的視頻串流技術、數據壓縮傳輸技術等,但這些技術僅僅只是在現有技術基礎上的修修補補,而并非能夠從根本上解決VR數據無線傳輸這一關鍵問題的基石。因此5G相關技術(如60Ghz Wi-Fi)才是虛擬現實真正走向現實的重要基礎。目前在這一領域已經有不少廠商投入,除傳統巨頭如高通、Intel外,還有SiBEAM、Nitero等中小廠商。

虛擬現實是圖像處理芯片和傳感器特別是運動傳感器芯片廠商的一大契機。對硬件廠商而言,VR裝置最重要的參數就是顯示器分辨率和刷新率,分辨率決定影像畫面的細節度,而刷新率則決定用戶在使用VR裝置時的舒適程度。目前大多數虛擬現實頭盔芯片都是以移動設備或PC芯片為基礎開發的,并非最佳的芯片解決方案。由于VR需要讓用戶擁有不同視角的仿真感受,在圖像運算和處理上要求極高。對于使用者而言,從轉動頭部開始算起,直至圖形計算完成,傳回頭戴式顯示器的屏幕中,此時間延遲需低于20ms,才有可能避免VR最大的眩暈難題,這對于感知、計算和傳輸的速度都提出了很高要求,需要專門優化的VR芯片支持。未來隨著虛擬現實設備出貨量的增加,VR專用芯片將必然出現,并成為GPU、高速無線通訊芯片、和傳感器廠商的新動力。

化合物半導體崛起良機

5G 提出要覆蓋毫米波頻段,將可用通信頻率提升至 6GHz-300GHz 區間。這些技術場景對射頻器件的性能,比如功率、線性度、 工作頻率、效率、可靠性等提出了極高的要求。以功率放大器(PA)為例, PA 功率附加效率(PAE) 最低要求 60%,目前 skyworks 的 GaAs PA 可以做到 78%,而最好的硅基 CMOS 產品僅能做到 57%。雖然高通也推出了基于CMOS工藝的射頻前端芯片,但由于擊穿電壓低、襯底絕緣性差、高頻損耗大等先天缺陷,實際上在線性度、功率、效率、可靠性等多個方面都無法滿足要求。由于 5G 通信全頻帶通信的特性,5G 手機中射頻前端芯片數量將進一步增加,帶動以GaAs為代表的化合物半導體產業鏈發展。

GaN未來市場預測(Yole)

而在基站端,由于對高功率的需求,GaN 因其在耐高溫、優異的高頻性能以及低導通損耗、高電流密度的物理特性,是目前最有希望的下一代通信基站PA芯片材料。5G采用高頻頻譜雖然能提供更高的數據傳輸速率,但這一頻段的電磁波傳輸距離很短,且容易被障礙物阻擋。這意味著,移動運營商可能需要建設數百萬個小型基站,將其部署至每根電線桿、每棟大樓,每戶房屋,甚至每個房間,也就意味著基于GaN的 PA芯片需求將出現飛躍增長。根據市場調查機構 Yole 的估計,GaN 功率器件需求有望在今后5年內爆發,CARG 可達 90%以上。2015 年 9 月,英飛凌已經開發出了用于 5G 無線通信基站的 GaN 功率晶體管,其它半導體廠商也在積極跟進。除此之外,鍺硅、碳化硅等器件也將在5G時代贏得一席之地。

封裝技術愈加重要

5G時代的射頻芯片將大量采用高頻的毫米波段。相比現在的射頻芯片,毫米波芯片的封裝要復雜得多,封裝過程中的連線、墊盤和通孔等結構必須小心設計,避免妨礙到芯片上的射頻功能。

另外,從2G、3G到5G時代,智能手機芯片采用的工藝技術也越來越多樣化。例如,對于手機PA來說目前最好的工藝是GaAs,而開關最好的技術是SOI,濾波器則采用壓電材料。材料的不同使得這些器件很難通過片上系統(SOC)的方式實現集成化,而系統性封裝(SiP)恰好能滿足這么多要求。對于集成化的射頻前端,先進封裝將是必不可少的技術。SiP封裝需要的凸塊(Bump)、硅通孔(TSV)、晶圓鍵合(Wafer-Bonding)等工藝將帶動上游設備、材料廠商的進一步發展,并使得封裝廠和代工廠在半導體中端(Middle-End)這一新領域同時展開合作與競爭。

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0評論 2017-03-27
5G是什么? 在3G、4G和5G等名詞中,G是英文單詞“generation”(第x代)的縮寫。因此,5G就是第五代移動通信技術。 一、5G的發展歷程關鍵點 在移動通信領域: 第一代是模擬技術; 第二代實現了數字化語音通信; 第三代是人們熟知的3g技術,以多媒體通信為特征; 第四代是正在鋪開的4g技術,其通信速率大大提高,標志著進入無線寬帶時代。 簡單來看,5G的速度將會更快,而功耗將低于4G,從而帶來一系列新的無線產品。中移動副總裁李正茂曾經發言要求5G時代的電信設備大幅度降價:“4G到5G時代,單位比特的傳輸成本降低了1000倍,那么我們也希望電信設備價格也降低1000倍,成本是決定運營商在數據時代能否盈利的關鍵。” 1.5G其實并不是全新科技 關于5G的兩種不同觀點 有一種觀點認為,5G將會是全新技術。這個觀點的代表者為華為無線網絡產品線CMO楊超斌,在他看來,4G再怎么演變也不會變成5G,5G將會是一個全新技術。 5G不只是一次技術的更新,更是非常大的跳躍性發展、是一個變革,這也意味著網絡架構必須提升,5G對網路的需求將與4G截然不同;雖然現在使用的4G LTE技術仍會不斷演進,但4G再怎么演變也不會成為5G,5G將會是全新技術。 但大多數技術專家更傾向于以下觀點:5G就是4G技術的必然演進——既要演進也要革命。 雖然任何一代技術發展,都不可能是上一代技術的重復,如果新一代的技術和上一代技術是一樣,那還什么新一代,所以3G技術不同于2G,4G不同于3G,它的 技術原理、解決問題的方式、部署的辦法,實現的能力都不同,但是沒有上一代技術的根基,或者說下一代沒有對上一代的技術傳承,實現革命性的升級也是空中樓閣。 5G不是橫空出世個令人驚異的新技術,5G技術是現有技術的新組合,是4G技術的再演進。 為什么要強調“再”?因為4G LTE的后三個字母就是長期演進的意思,5G應是在4G基礎上的再演進。關于技術演進的觀點,科學松鼠會會員通信專業教師奧卡姆剃刀有個通俗的雙駝峰理論,能很清晰解釋5G僅僅是一種技術演進的觀點。 奧卡姆剃刀的雙駝峰理論 奧卡姆剃刀認為,一項新技術概念出現后,在業界會出現一個研究討論的高潮,這是第一個駝峰。 相關的學術論文會產為熱點,成堆的博士碩士依托這項新技術完成了畢業論文,雖然很熱鬧,但這僅僅局限在學術研討層面上,而在具體的技術實現方面還存在著很多問題,或者因成本原因而根本無法量產。 研究討論高潮逐漸降溫,這是第一個駝峰的下落期,接下來是低調務實的技術攻關,這個平臺期可能幾年也可能一二十年,當技術問題都解決后,就會迎來商家量產和投入市場的熱潮,這就是第二個駝峰。 按照國際電信聯盟關于2020年的規劃,5年后就要全面進入5G了,而到現在核心技術體系還沒有確立。回顧3G技術發展史,國際電信聯盟于1998年6月30日接收了3G技術提案,并迎來了第一個駝峰期,直到2009年1月7日,工業和信息化部正式發放了三張3G牌照,這才進入到第二個駝峰, 平臺期持續了11年,特別是三張牌照之一的TD-SCDMA,直到2013年才真正成熟,平臺期長達15年,可剛成熟4G時代就來臨了。按照“雙駝峰規 律”,5年后將在全球推廣使用的技術,應在2010年左右就迎來第一個駝峰,而不會在2020前的兩三年橫空出世,然后迅速被國際電信聯盟確定為全球的 5G標準,這違反了一般的技術發展規律,不太可能成真。 2.沒有3G、4G技術的發展就沒有5G 實質上,在5G研究上大部分研發機構選擇的道路也是如此,兩條腿走路。 5G研發中提出兩條腿走路:一方面繼續推動基于4G技術的演進,一方面研發5G新技術,兩者兼顧。 在 5G時代的千倍提速要求面前,通過4G技術的演進,只有通過大幅度的加大帶寬才有可能。加大帶寬是起點,由此而產生的毫米波、微基站、高階MIMO、波束 賦型等都是順理成章的技術趨勢。5G時代對大規模天線陣列、毫米波技術、新型網絡架構、新型空口設計的關鍵技術核心也大都是基于4G網絡技術延伸而來,大 都能成倍提升性能。以軟空口技術為例,這個技術結合Pre5G的硬件處理能力,讓運營商具有了從4G到5G的平滑升級能力,4G到Pre5G這個階段,終 端不用更換,而從Pre5G到5G,基站設備也可以繼續使用。 圖:毫米波技術下的微基站 明白了5G就是第五代移動通信技術的基本定義就明白是從3G、4G升級而來,自然也是一種技術的積累和演進,也可以說沒有3G、4G技術的發展就沒有5G的產生。5G技術的演進一方面是技術積累的必然結果,當然也要求有革命性創新才能實現演進的目標,另一方面也是人類通信需求快速提高的必然要求。 反過來說,之前5G遲遲沒普及,一是技術達不到,二是還沒有應用的需求出現。現在有了需求,才有了5G。什么需求?未來的網絡將會面對:1000倍的數據容量增長,10到100倍的無線設備連接,10到100倍的用戶速率需求,10倍長的電池續航時間需求等等。坦白地講,可能未來五六年4G網絡或許將無法滿足這些需求,所以5G就必須提前登場。 基于技術演進的判斷,回顧我國通過3G和4G時代的艱苦奮斗,我們有理由相信我國的產業和技術的提升也為5G布局打下堅實的基礎,我國從以往被動接受技術變為開始輸出技術,會有機會發展成為全球5G技術、標準、產業和應用服務的領先國家之一,從跟隨到引領,中國通信業有機會在5G時代學習中國高鐵實現彎道超車。三大運營商、華為、大唐、中興等中國企業對5G研發的投入由來已久,并走在世界前列。 二、5G到底有哪些優勢? 對于數消費者而言,5G的價值在于它擁有比4g LTE更快的速度(峰值速率可達幾十Gbps),例如你可以在一秒鐘內下載一部高清電影,而4G LTE可能要10分鐘。也正是因為這一得天獨厚的優勢,業界普遍認為5G將在無人駕駛汽車、VR以及物聯網等領域發揮重要作用。 和4G相比,5G的提升是全方位的,按照3GPP的定義,5G具備高性能、低延遲與高容量特性,而這些優點主要體現在毫米波、小基站、Massive MIMO、全雙工以及波束成形這五大技術上。 1.毫米波 眾所周知,隨著連接到無線網絡設備的數量的增加,頻譜資源稀缺的問題日漸突出。至少就現在而言,我們還只能在極其狹窄的頻譜上共享有限的帶寬,這極大的影響了用戶的體驗。 那么5G提供的幾十個Gbps峰值速度如何實現呢? 眾所周知,無線傳輸增加傳輸速率一般有兩種方法,一是增加頻譜利用率,二是增加頻譜帶寬。5G使用毫米波(26.5-300GHz)就是通過第二種方法 來提升速率,以28GHz頻段為例,其可用頻譜帶寬達到了1GHz,而60GHz頻段每個信道的可用信號帶寬則為2GHz。 在移動通信的歷史上,這是首次開啟新的頻帶資源。在此之前,毫米波只在衛星和雷達系統上被應用,但現在已經有運營商開始使用毫米波在基站之間做測試。 當然,毫米波最大的缺點就是穿透力差、衰減大,因此要讓毫米波頻段下的5G通信在高樓林立的環境下傳輸并不容易,而小基站將解決這一問題。 2.小基站 上文提到毫米波的穿透力差并且在空氣中的衰減很大,但因為毫米波的頻率很高,波長很短,這就意味著其天線尺寸可以做得很小,這是部署小基站的基礎。 可以預見的是,未來5G移動通信將不再依賴大型基站的布建架構,大量的小型基站將成為新的趨勢,它可以覆蓋大基站無法觸及的末梢通信。 因為體積的大幅縮小,我們設置可以在250米左右部署一個小基站,這樣排列下來,運營商可以在每個城市中部署數千個小基站以形成密集網絡,每個基站可以 從其它基站接收信號并向任何位置的用戶發送數據。當然,你大可不必擔心功耗問題,小基站不僅在規模上要遠遠小于大基站,功耗上也大大縮小了。 除了通過毫米波廣播之外,5G基站還將擁有比現在蜂窩網絡基站多得多的天線,也就是Massive MIMO技術。 3.Massive MIMO 現有的4G基站只有十幾根天線,但5G基站可以支持上百根天線,這些天線可以通過Massive MIMO技術形成大規模天線陣列,這就意味著基站可以同時從更多用戶發送和接收信號,從而將移動網絡的容量提升數十倍倍或更大。 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)的意思是多輸入多輸出,實際上這種技術已經在一些4G基站上得到了應用。但到目前為止,Massive MIMO僅在實驗室和幾個現場試驗中進行了測試。 隆德大學教授Ove Edfors曾指出,“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當傳統系統使用時域或頻域為不同用戶之間實現資源共享時,Massive MIMO則導入了空間域(spatial domain)的途徑,其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進行同步處理,如此則可同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。” 毋庸置疑,Massive MIMO是5G能否實現商用的關鍵技術,但是多天線也勢必會帶來更多的干擾,而波束成形就是解決這一問題的關鍵。 4.波束成形 Massive MIMO的主要挑戰是減少干擾,但正是因為Massive MIMO技術每個天線陣列集成了更多的天線,如果能有效地控制這些天線,讓它發出的每個電磁波的空間互相抵消或者增強,就可以形成一個很窄的波束,而不是全向發射,有限的能量都集中在特定方向上進行傳輸,不僅傳輸距離更遠了,而且還避免了信號的干擾,這種將無線信號(電磁波)按特定方向傳播的技術叫做波束 成形(beamforming)。 這一技術的優勢不僅如此,它可以提升頻譜利用率,通過這一技術我們可以同時從多個天線發送更多信息;在大規模天線基站,我們甚至可以通過信號處理算法來計算出信號的傳輸的最佳路徑,并且最終移動終端的位置。因此,波束成形可以解決毫米波信號被障礙物阻擋 以及遠距離衰減的問題。 除此之外,最后要提到5G的另一大特色——全雙工技術。 5.全雙工 全雙工技術是指設備的發射機和接收機占用相同的頻率資源同時進行工作,使得通信兩端在上、下行可以在相同時間使用相同的頻率,突破了現有的頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)模式,這是通信節點實現雙向通信的關鍵之一,也是5G所需的高吞吐量和低延遲的關鍵技術。 在同一信道上同時接收和發送,這無疑大大提升了頻譜效率。但是5G要使用這一顛覆性技術也面臨著不小的挑戰,根據《移動通信》之前發布的資料顯示,主要有一下三大挑戰: 1.電路板件設計,自干擾消除電路需滿足寬頻(大于100MHZ)和多MIMO(多于32天線)的條件,且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高。 2.物理層、MAC層的優化設計問題,比如編碼、調制、同步、檢測、偵聽、沖突避免、ACK等,尤其是針對MIMO的物理層優化。 3.對全雙工和半雙工之間動態切換的控制面優化,以及對現有幀結構和控制信令的優化問題。 因此,盡管5G的勢頭遠遠超過了之前的4G,但5G的未來仍充滿了不確定性,現在我們需要等待的是這些技術從實驗階段走向實用。
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  • 奧卡姆剃刀
0評論 2017-03-27
7nm,半導體決戰之局?誰主沉浮? 半導體巨頭之間的技術戰爭越來越激烈,應該說沒有你死我活也差不了多少,關鍵可能就是7nm了 上次整了點材料隨便談了談10nm以及FINFET相關的技術分享,效果還不錯,坦率說,臺機電也好,三星也好,他們的14/16nm在intel看來都是不值一提的。 因為從單6T的SRAM的面積來看,都是沒達到intel的面積水平的。當然在臺機電和三星來看,這只是個敲門磚而已,正式跨入FINFET時代,將漏電控制到足夠小才是根本出發點。 臺機的我沒找到圖(手機搜索還是麻煩,湊活看吧):On 10nm TSMC has gate pitch at 70nm and metal pitch of 46nm, 跟三星各有千秋吧,前端落后一點但后端有一點點優勢。 TSMC和三星的10nm更像是intel的14nm的90% shrink版本,接近12nm的水平。臺機和三星的策略基本相近,這樣的好處是很多工藝是跟14/16nm相接近的,工藝架構上面改動并不是那么大,對intel來說,這更像是個為了市場的賣點而生的工藝節點,很奇怪而且不誠實。但是即使如此,高通835依然宣稱可以降低功耗25%,可見工藝的進步對SOC的性能功耗比還是大大有利的。 7nm玩法有什么不同 到了7時代,intel再也不可能對外宣稱自己是對TSMC和三星只是紙面上的差距了,我們可以看到TSMC在去年三月份和年底釋放的數據: 0.027μm2 SRAM test cell made in its 7nm process using immersion steppers. The 256-Mbit, six-transistor SRAM has the smallest。Either a speed gain (35-40%) or power reduction (>65%) versus the company’s commercial 16nm FinFET process,” 電路面積相比16nm只有40%-50%,這個跨越是相當大的,同等門數的電路功耗可以降低65%,這個對GPU和ISP來說都是很大的好消息。而且TSMC是在傳統的193nm光刻機上面實現的,這個是個關鍵技術點。 在7nm之前,甚至說在28nm的時候,大家已經在談什么時候進入EUV時代,那什么是EUV? 光刻機的波長是決定晶體管柵的寬度的核心因素,ASML是目前碩果僅存的先進廠家,目前他自己的財力早就不能支撐EUV的研發了,所以錢都是intelTSMC三星眾籌出來一起搞得,你看看底下打的要死,還是得強做歡顏一起建設社會主義。 光刻機的波長從之前的i-line到248nm我們已經稱之為DUV(深紫外線)了,后來不夠用了,波長變為193nm,193nm不夠用了改為浸沒式,往機器里加水,啊,不對,是鏡頭之間加水,腦子進點水有利于折射。現在所有的主流工藝都是這個腦袋進水或者進其他啥啥的來實現的,當然后來一次光刻不夠就搞double patterning。 時至今日,這個技術已經力不從心了,三星認為在7nm這個節點上必須拋棄,演進到EUV,波長為13.5nm,而且三星有圖有真相,給出了具體的比較,不懂的人也可以看出來上面用EUV的圖案干凈清楚,底下用double patterning的圖案猶如麻花。 EUV是很好,但到現在為止,ASML還沒有實現真正的機器量產,一個核心指標就是光的發射功率要達到250w(我看到的消息是現在只有150w左右,未確認)。另外一個問題是particle問題也沒有解決,目前業界的看法是可能要到2018甚至要到2019年才能量產,這個對7nm的量產會有致命的時間影響。 當然目前來看,瓶頸是在后端的金屬層定義上面,所以三星前端的gate工藝依然會用ArF-i,而后端用EUV。 TSMC的玩法是不能等,不能靠,目前的技術也不是不能用,先開發起來,同步針對EUV進行開發,以目前的進度看,TSMC的進展非常順利,應該是采用了quad patterning,去年三月份就實現了128M SRAM 30%的量率,10月份實現256SRAM。這個進度應該說是相當不錯的,相信到明年上半年,有機會小規模試產了(我是說有機會……)。這個唯一的問題是mask層數相當多…… 所以目前7nm基本上就是TSMC和三星對決,或者說臺機電和ASML的決戰點更合適,ASML進度提前,三星的略勝一籌,ASML延后,三星7nm肯定落后。當然還有5nm這個山頭必須用EUV的節點在前面擋一下,不會落后太多。 你肯定會問intel呢,在家睡覺呢,intel目前沒有7nm的計劃,專心把10nm搞量產再說吧,打算到2022才真正量產傳說中真正的7nm。 當然說是決戰也談不上,臺機電目前看7nm應該會翻盤,重新奪回包括高通在內的重量級選手。另外在7nm階段,用硅中介(媽的感覺還是用interposer高大上一點,很多人看不懂)2.5D封裝會是TSMC和三星的主力攻堅點,因為邏輯電路延遲是很重要的技術點,也只有這樣才能實現GPU和DRAM等之間的高速互聯。 當然3D封裝進展最快的還是俺們sensor,大x的手機很快應該裝備帶DRAM的sensor了。 2018之后的半導體工藝,相信主要的方向應該不是手機了,我認為應該是汽車電子包括ADAS的推廣和自動駕駛所需要的高速GPU的需求是最主要的方向。 版權聲明:本文所有引用數據和圖片均來自互聯網,本豬并沒有任何原創數據,任何轉載引用請報告這句話。
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0評論 2017-03-27
2016年半導體材料領域十大突破 2016年對半導體行業來說是風起云涌。為了度過難關,各大企業不是一頭扎進了瘋狂的并購潮,就是加大力度進行技術研發。今天就讓我們來看一看2016年半導體材料都發生了哪些突破。 一、硅基導模量子集成光學芯片研制成功 7月份,中國科技大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室任希鋒研究組與浙江大學戴道鋅教授合作,首次研制成功硅基導膜量子集成芯片,他們在硅光子集成芯片上利用硅納米光波導中不同的能量傳輸模式,作為量子信息編碼的新維度,實現了單光子態和量子糾纏態在偏振、路徑、波導模式等不同自由度之間的相干轉換,其干涉可見度均超過90%,為集成量子光學芯片上光子多個自由度的操縱和轉換提供了重要實驗依據。 二、首個打破物理極限的1nm晶體管誕生 10月7日對于普通人來說可能沒有什么意義,但對于計算機技術界來說絕對是一個值得紀念的日子。據外媒報道,勞倫斯伯克利國家實驗室的一個團隊打破了物理極限,將現有最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm。 三、碳納米晶體管性能首次超越硅晶體管 美國研究人員于9月6日宣布,他們成功制備出一種碳納米晶體管,其性能首次超越現有硅晶體管,有望為碳納米晶體管將來取代硅晶體管鋪平道路。硅是目前主流半導體材料,廣泛應用于各種電子元件。但受限于硅的自身性質,傳統半導體技術被認為已經趨近極限。碳納米管具有硅的半導體性質,科學界希望利用它來制造速度更快、能耗更低的下一代電子元件,使智能手機和筆記本電腦等設備的電池壽命更長、無線通信速率和計算速度更快。但長期以來,碳納米管用作晶體管面臨一系列挑戰,其性能一直落后于硅晶體管和砷化鎵晶體管。美國威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員在美國《科學進展》雜志上介紹了他們克服的多重困難。 四、“石墨烯之父”發現比石墨烯更好的半導體——硒化銦(InSe) 石墨烯只有一層原子那么厚,具有無可比擬的導電性。全世界的專家們都在暢想石墨烯在未來電路中的應用。盡管有那么多的超凡屬性,石墨烯卻沒有能隙(energy gap)。不同于普通的半導體,它的化學表現更像是金屬。這使得它在類似于晶體管的應用上前景黯淡。這項新發現證明,硒化銦晶體可以做得只有幾層原子那么薄。它已表現出大幅優于硅的電子屬性。而硅是今天的電子元器件(尤其是芯片)所普遍使用的材料。更重要的是,跟石墨烯不同,硒化銦的能隙相當大。這使得它做成的晶體管可以很容易地開啟/關閉。這一點和硅很像,使硒化銦成為硅的理想替代材料。人們可以用它來制作下一代超高速的電子設備。 五、人類首次飛秒拍攝到了半導體材料內部的電子運動 電子是一種亞原子粒子,屬于輕子的一種。長期以來,由于它的質量小(9.1x10-31千克),速度快(繞原子核一周只需要1.8x10-16秒),雖然用處廣泛,卻難以觀測。2008年2月,來自瑞典的幾位科學家首次拍攝到了單個電子的錄像,實現了歷史性的突破。然而,想要拍攝固體內部的電子,因為電子數量眾多、環境復雜,更是難上加難。長期以來,科學家們沒有找到任何直接觀測的方法。如今,來自沖繩科學技術大學院大學(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University,OIST)的科學家們用他們的“飛秒照相機”成功地首次拍到了材料內部電子的運動軌跡,再度實現了突破。 六、美國猶他大學工程師最新發現新型二維半導體材料一氧化錫(SnO) 一氧化錫這個“小鮮肉”由猶他大學材料科學和工程學副教授艾舒托什?蒂瓦里領導的研究團隊發現,它由錫和氧元素組成。目前,電子設備內的晶體管和其他元件由硅等三維材料制成,一個玻璃基層上包含有多層三維材料。但三維材料的缺陷在于,電子會在層內的各個方向四處彈跳。蒂瓦里解釋道,而二維材料的優勢在于,其由厚度僅為一兩個原子的一個夾層組成,電子只能在夾層中移動,所以移動速度更快。 七、德國開發出新型有機無機雜化“人工樹葉” 德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心michaellublow教授課題組日前首次設計合成了一種新型有機無機雜化的硅基光陽極(人工樹葉)用于光解水產氧。得益于該保護層高穩定性、高導電性,光催化解水效率大幅提高,該項研究創新性地引入有機保護層,首次構造出了有機無機雜化的穩定光陽極結構,克服傳統光陽極光解水的不穩定性問題,為光催化光陽極設計提供了新思路;同時,該保護層的制備方法具備良好的可擴展性,可沿用到其他半導體材料。 八、新型無機半導體材料SnIP具有DNA的雙螺旋結構 德國慕尼黑工業大學(Technical University of Munich;TUM)的研究人員合成了一種高度彈性的無機半導體材料——SnIP,最特別的是它具有像DNA的雙螺旋結構。 這種新型的半導體主要由錫(Sn)、碘(I)和(P)三種元素構成,能夠展現出非凡的光學與電子特性,并具備極端的機械柔韌度,其纖維約有幾公分長,但可任意彎曲而不至于斷裂。截至目前為止,最細的SnIP纖維僅包含5種雙螺旋鏈,而且厚度只有幾奈米。 九、首塊納米晶體“墨水”制成的晶體管問世 晶體管是電子設備的基本元件,但其構造過程非常復雜,需要高溫且高度真空的條件。美韓科學家在《科學》雜志上報告了一種新型制造方法,將液體納米晶體“墨水”按順序放置。他們稱,這種效應晶體管或可用3D打印技術制造出來,有望用于物聯網、柔性電子和可穿戴設備的研制。 十、美國科學家設計超材料以光子形式釋放能量傳遞信息 美國勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科學家在《物理評論快報》雜志撰文指出,他們設計出了一種擁有自然界中沒有的新奇屬性的“量子超材料”, 它由光組成的人造晶體及被捕獲的超冷原子構成,在很多方面與晶體類似,但結構更“完美”,沒有天然材料內常見的瑕疵。
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0評論 2017-03-27
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