微电子发展前景培训讲学

《微电子发展前景培训讲学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电子发展前景培训讲学（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、发展和变化中的集成电路产业,浙江大学 微电子与光电子研究所 韩 雁 2008年3月15日,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,2,1. 概 述,集成电路产业是一门充满创新和变数的产业 1958年第一块集成电路（IC）诞生，半个世纪的历程演绎了令人兴奋不已的快速进步。 IC产业既是一个令世人惊羡钟爱的产业，又是一个使人呕心沥血、欲罢不能、不断面对挑战的产业。 集成电路具有当今高技术产业的典型特点，它是中间产品，其应用可以产生十倍甚至于百倍的倍增效益，因此，世界在这一领域的竞争非常激烈。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,3,IC技术发展沿革：微米亚微米深亚微米纳米,集成电路

2、的技术进步一般用微细加工精度和芯片的集成度来衡量。 2007年： 65纳米CMOS工艺为主流的集成电路技术已进入大生产。 45纳米先导性生产线也开始投入运转。 CPU上的晶体管数已达到8亿只。 集成电路产业作为典型的高技术产业， 高投入、搞收益、高风险的特征更加突出。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,5,摩尔定律的演进,数据来源：INTEL,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,6,半导体产业发展历史大事记（I）,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,7,半导体产业发展历史大事记（I）,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,8,半导体产业发展历史大事记(I

3、I),2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,9,半导体产业发展历史大事记(II),2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,10,硅含量,半导体价值在电子产品价值中所占的百分比,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,11,硅周期,全球集成电路产业一直保持周期性的上升与下降，人们称这种周期性的变化为“硅周期”,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,12,世界硅周期曲线,数据来源：Morgan Standley,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,13,硅周期存在的原因,供求关系的变化是硅周期存在的主要原因 行业发展过快、产能扩大太猛会导致市场供大于求，库存量

4、剧增，价格急速下降。 集成电路的发展不仅对电子设备有强烈的影响和渗透，而且反过来还对其有强烈的依赖性，电子设备市场的繁荣与衰退都将直接影响到集成电路市场。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,14,1985-2007年全球半导体产业销售收入规模增长情况,数据来源：WSTS,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,15,1986-2007年全球半导体产业销售收入增长率 变动情况,数据来源：WSTS,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,16,2007年全球半导体厂商 Top 20,数据来源：iSuppli 美国7家，日本7家，欧洲4家，亚太2家,2020/8/11,浙大微

5、电子 （共68页）,17,微电子、IC 、半导体三者关系,微电子 学科名称 对应的产业 集成电路(IC)产业 外延包括 整个半导体产业 半导体产业的主要产品分为四大类： 集成电路，分立器件，光电器件、传感器 05-07年全球半导体产品销售比例,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,18,按公司总部所在地划分的全球IC销量,数据来源：iSuppli,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,19,世贸规则的影响,世贸规则约束着WTO缔约方的经贸活动 反倾销规则 对每一外国的产品销售到本国的比例进行限制 原产地规则 以扩散工艺所在地为该IC产品的原产地 半导体芯片保护法 对集成电路布图

6、提供特别的权力保护,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,20,2. 集成电路产业结构,集成电路产业是目前世界上发展最快、最具影响力的产业之一。 为了适应激烈的竞争、实现最大价值的内在要求，产业结构发生了很大的变化： 最初以“全能型”企业为主体 现在为垂直分工越来越清晰的“专业型”企业为主体,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,21,集成电路产业链,整机生产 IC设计 设计工具软件开发 IC制造 材料制备 IC封装 设备制造 IC测试,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,22,早期的集成电路产业结构,早期的IC产业以全能型企业为主，称为IDM: 集整机产品和IC设计

7、、制造、封装和测试等生产全过程于一身。 最早开始投资IC产业的IDM多为美国电子企业 德州仪器、仙童、Motorola、IBM、DECD等 这些公司投资IC产业主要为自身整机产品服务 提升产品质量，降低成本，争夺市场,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,23,材料、设备业分离后的集成电路产业,产品形态明晰的设备业、材料业最先从这些“全能企业”中分离出来。 整个产业系统分化为集成电路业、半导体设备业和半导体材料业三个子产业。 材料、设备业开发技术难度大，属于基础科学类，开发费用高，因此进入门槛高。 半导体设备制造业被应用材料、日本东京电子、荷兰ASML三家企业垄断。 国内材料业公司有：

8、有研院、海纳、新傲等。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,24,材料、设备业分离后的IC产业链,整机生产 IC设计 设计工具软件开发 IC制造 材料制备 IC封装 设备制造 IC测试,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,25,封装、测试业分离后的集成电路产业,二十世纪70年代，封装、测试业逐渐从整个产业中分离出来。 封装、测试（后道）技术已物化到了设备技术和原材料技术之中。 剩下的生产工序转化为劳动力密集型工作。 发达国家将封装测试转移到本土以外的其他地区 台湾企业在全球封装测试产业中所占的比重最大（全球前5大封测厂占3席）,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,

9、26,封装、测试业分离后的IC产业链,整机生产 IC设计 设计工具软件开发 IC制造 材料制备 IC封装 设备制造 IC测试,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,27,设计业分离后的集成电路产业,八十年代Daisy公司首先实现了计算机辅助工程技术（CAE） 集成电路设计技术开始部分物化到设计工具中。 随着EDA工具的发展，库的概念、工艺模型参数及其仿真概念的引入 IC设计开始进入抽象化阶段，使设计过程可以独立于生产工艺而存在。 随着PC机的广泛应用，IC产业已进入以客户为导向的阶段，集成电路产业从一个标准产品竞争时代进入到一个用户定制产品的时代。专门从事IC设计的公司开始大量出现。

10、1982年世界上第一家专业的IC设计公司美国LSILogic公司成立。 处于产业链前端的设计业被认为地位最稳固并可控制整个产业链。 2006年世界IC设计公司收益较2005年增长34%，远高于整个半导体行业8.9%的增长率，占半导体工业总体收益的20%。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,28,1994-2005年集成电路设计公司数量与收入变化情况,数据来源：FSA CAGR年均增长率,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,29,设计业分离后的IC产业链,整机生产 IC设计 设计工具软件开发 IC制造 材料制备 IC封装 设备制造 IC测试,2020/8/11,浙大微电子

11、（共68页）,30,加工业分离后的集成电路产业,制造工艺水平的不断提高，对生产线的投入越来越大， 多数IDM无力承担如此之高的费用。于是只专注于芯片制造的代工企业出现了。 1987年，全球第一家集成电路制造专业代工服务公司台积电（TSMC）成立。 半导体代工阵营中的前四大企业为：台积电（TSMC）、 联电(UMC)、中芯国际(SMIC)、特许(Chartered) 以X-Fab、Jazz Semiconductor为代表的企业以提供特殊Foundry服务(RF、Analog)而拥有自己的一席之地。 无生产线的IC设计公司（Fabless）与IC代工制造公司(Foundry) 相配合的方式成为I

12、C产业发展的重要模式。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,31,加工业分离后的IC产业链,整机生产 IC设计 设计工具软件开发 IC制造 材料制备 IC封装 设备制造 IC测试,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,32,整机业务分离后的集成电路产业,“IDM公司”从”综合型IDM公司”中剥离出来专门从事半导体产业的设计、制造、封装测试，不从事整机业务。 专业型IDM公司具有更高的运作效率。 Motorola、Siemens、Philip等欧美综合型IDM公司将半导体业务单独剥离出来，分别成立了Freescale、Infineon、NXP等专业型IDM公司。 日本的综合电子

13、企业NEC和日立公司，剥离其存储器部门联合成立存储器大厂Elpida。 日立、三菱的非存储器部门又分离出来联合成立瑞萨半导体公司 这些都成为2000年后半导体业界相当瞩目的现象。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,33,集成电路产业结构演化路线,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,34,产业集群,集成电路产业已逐渐由原来“大而全”形式的产业演化成目前设备商、材料商、EDA工具开发商 等“专而精”的多个细分子产业，形成了产业集群的概念。 在IDM公司继续发挥重大作用的基础上，IC产业形成了 设计业、制造业、封装业、测试业 等独立成行的局面。 即使设计业本身也慢慢出现了细分，

14、如专门从事提供 IP 的设计服务公司，即第三方公司。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,35,IC设计业进一步细分,整机生产 IC设计 设计工具软件开发 IC制造 材料制备 IC封装 设备制造 IC测试,产品设计 IP模块设计,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,36,Fab-lite概念,数据来源：EETimes.VLSI.2007 April,随着半导体技术的进一步推进，工艺研发费用、建厂费用等呈火箭状上升，国际IDM大厂纷纷向Fab-lite转移，寻求与代工厂商的外协合作，共同开发新工艺，或委托开发新技术。许多竞争对手也不得不联合起来，形成其它产业很少见的现象。,2

15、020/8/11,浙大微电子 （共68页）,37,产业集群特点,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,38,私募资金进军半导体领域,私募资金对此充满高风险的领域发动了连续进攻 2006年以来，私募资金买断上市半导体公司的现象开始出现： 私募集团收购飞利浦半导体事业部门80.1的股份。 飞思卡尔半导体以176亿美元出售给私人投资集团。 国际私募基金凯雷集团有意收购全球最大半导体封装测试企业台湾日月光集团。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,39,3. 产业形态,IC产业主要以四大类产品的形态存在 微器件 存储器 逻辑电路 模拟电路,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,40,微器件,微器件由三部分器件构成 微处理器（MPU） 通用型、嵌入式 微控制器（MCU） 4、8、16、32位 数字信号处理器（DSP） 通用型、嵌入式,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,41,微处理器（MPU）,通用型微处理器 PC机或工作站、服务器等的CPU，具有 高垄断、高技术、高利润、高风险 等特征。 嵌入式型微处理器 嵌入式CPU的基础是通用型CPU，本质上与通用CPU的区别不大，只是在各种不同的应用中仅保留与具体应用有关的功能，去除冗余的功能。,2020/8/11,浙大微电子 （共68页）,42,通用型微处理器,高垄断：整个行业的PC