在信息化全面发展的产业背景以及不断变化的国际经济形式下,芯片产业生态国产化的呼声变得越来越高。国家在不断地出台和完善集成电路产业的利好政策;市场方面,由于国际垄断者参与的减少,国内半导体产业对于国产化设备和材料的诉求也正在节节攀升,极大地激发了上游本土公司的热情。而随着国产28nm芯片有望在今年大规模量产的消息频频出现,似乎让大众在这场缺“芯”困局中看到了曙光与希望。

中国工程院院士 倪光南

那么,国产28nm芯片的量产,将会给产业链当中的企业带来什么样机遇?国产28nm芯片将会在我国新基建、5G建设工程中充当怎样的角色?中国本土的芯片产业链在以后应该如何协同发展?……带着这些问题,威腾网近日采访了中国工程院院士倪光南,听倪院士以用户角度为我们分析新形式下中国集成电路产业的机遇与挑战。

国产28nm芯片量产后,满足国内大部分产业发展所需完全没问题

从近期的报道中可以看出,不管是媒体还是业内人员,对于28nm芯片的国产化都是高度关注与期待。这是因为,在成本几乎相同的情况下,使用28nm工艺制程可以给产品带来更加良好的性能优势。例如与40nm工艺相比,28nm栅密度更高、晶体管的速度提升了约50%,每次开关时能耗减少了50%。综合考虑成本和技术因素,28nm制程在未来很长一段时间将成为中端主流工艺节点,因此,28nm芯片也被业界看做成熟制程与先进制程的分界点。

对此,倪光南院士表示:“一旦我们28nm芯片实现了完全国产化,很多下游应用行业将都可以实现国产芯片的自给与替代,这也足以满足手机以外的大多数电子产品的需求,这对芯片产业链上的本土企业来讲,都是非常好的机遇。在整个产业链条里看,我国拥有28nm及以下晶圆厂的本土企业包括中芯国际、上海华力微、合肥长鑫;具备28nm芯片代工能力的企业包括中芯国际和上海华虹半导体;而在最为核心的光刻设备方面,上海微电子也在去年的时候宣布将会在2021年交付首台国产28nm光刻机。可以说,在当前的国内芯片产业生态中,每个细分领域都有龙头企业在卡位研发,完整覆盖了整个产业链,技术的进步也是日新月异,完全具备了28nm技术节点100%国产芯片的量产能力。”

新基建背景下,国产28nm芯片将会有重大发展机遇

同时,中国作为数字经济快速发展的大国,目前正在全力开展新型基础建设工程,这个过程中对芯片的需求十分旺盛,虽然与5nm、7nm相比,28nm的工艺制程还有差距,但是在5G基建、新能源汽车、特高压、大数据中心、人工智能、工业互联网国家大力发展的应用领域中,28nm已经属于成熟工艺,不论是在成本还是在芯片的功耗、功能与性能三大指标上,都是性价比最高的工艺制程,因此28nm在这些领域内的应是绝对的应用主流。IC insights发布的《2020-2024年全球晶圆产能》报告提供的数据显示,2019年10nm以下的先进制程的芯片产能占总产能的4.4%,而大于28nm的成熟制程产能则占到52%。因此从实际看,加快发展28nm芯片布局,不仅切实可行,且有利于在该领域站稳脚跟。

国务院在2020年8月发布的数据显示,中国芯片自给率要在2025年达到70%,与2019年的30%自给率相比,6年时间要增长40%,这也意味着,在国产替代的大潮之下,国产28nm芯片将会有很大发展机会。对此倪光南表示:“机会摆在面前,但是企业也要认识到如何在这个机遇下做好自身的功课,发现不足并及时修正,真正打磨好28nm工艺供应链间的衔接协作,进而发挥国产28nm芯片的优势,提高产能,做到真正自主可控并且抓住当下的市场机遇。”

再进一步,国产14nm芯片也将大规模量产

根据中芯国际发布的相关数据显示,中芯国际14nm工艺芯片在2019年第四季度实现量产,正式获得成为全球晶圆先进制程工艺代工厂的入场券。而今年3月,其14nm芯片的良品率已经达到90%-95%,工艺达到了业界领先水平,已经完全有能力应对下游大规模量产的需要。

另外,目前我国在14nm领域的国产设备、工艺、封装、材料等各技术工艺环节都已经有系统部署,均在按部就班进行迭代升级,有消息预测我国14nm芯片各个环节会快速得到完善,明年100%国产14nm芯片量产将具有很大的可能性。

对此倪光南院士表示了肯定,他讲到:“虽然14nm制程目前在手机上的应用已经不多,但是在中高端AP/SoC、数据处理、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等应用上,14nm仍然可以成为下游用户最优的选择方案。特别是国产化后,对于我们国家正在大力发展的新能源汽车、人工智能等领域的影响将十分深远。更重要的是,这将为我国做制程更高端的芯片积淀技术基础,同时提升了我国芯片制程工艺的水平,更为我们的芯片自给率在2025年达70%奠定了扎实的基础。”

融合创新,国产芯片产业链协同发展的必由之路

市场机遇面前,整个集成电路产业链该如何协同,最大化发挥国产集成电路的优势呢?倪光南表示:“虽然现在的市场给予了本土集成电路企业发展机会,但是企业在发展的同时也要明白,集成电路是一个高度需要协同、互惠发展的产业,因此链条当中的企业千万不能有闭门造车,单打独斗的想法,整个集成电路产业的发展也不能靠单点突破,而是要从基础材料、核心算法、周边耗材以及芯片设计、封装测试、下游应用等每一个环节做到生态协调发展,这样才可能让国产集成电路的效率充分发挥。”

在倪光南院士看来,完全自主的中国体系是可以满足我国当下新基建、关键信息基础设施业务的需求的。换了国产体系后,即使只有14nm、28nm芯片工艺,依靠软硬件以及整体的系统设计协调更重要。而且国内科技人员也需要打破传统思维的枷锁,通过采用软件增强硬件实现整体高性能的方法,从而构建我国自主原创的自有体系,实现具有“中国系统”的芯片自主创新,这将在国产化28nm芯片量产的背景下,增强中国半导体产业链更进一步发展的信心和实力,更能给予中国企业的全球客户以巨大信心。