2019年7月11日，在第二屆中國(guó)（成都）電子展集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，電子科技大學(xué)集成電路中心主任張波教授做了“后摩爾時(shí)代的特色工藝及中國(guó)發(fā)展機(jī)遇”的主旨演講。張波教授從集成電路工藝的發(fā)展和特色工藝的特點(diǎn)出發(fā)，介紹了中國(guó)特色工藝的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場(chǎng)環(huán)境，并分析了特色工藝在中國(guó)的發(fā)展機(jī)遇。

張波教授表示，說(shuō)到半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，怎么也繞不開(kāi)摩爾定律。1965年，當(dāng)時(shí)還是美國(guó)Fairchild公司研發(fā)主管的摩爾（Gordon E. Moore）博士為《電子學(xué)》雜志撰寫(xiě)了一篇文章“Cramming More Components onto integrated circuits”，預(yù)測(cè)了集成電路的集成度（一個(gè)芯片中集成的晶體管數(shù)目）將每年翻一番。1975年，已參與創(chuàng)建Intel的摩爾博士在IEDM（國(guó)際電子器件年會(huì)）上做了一個(gè)主題報(bào)告“Progress in digital integrated electronics”，在其報(bào)告中，摩爾博士明確將集成電路的集成度發(fā)展修訂為每?jī)赡攴环?。這就是半導(dǎo)體業(yè)界著名的“摩爾定律（Moore’s Law）”。摩爾定律長(zhǎng)期以來(lái)指引著微電子技術(shù)的發(fā)展，這也是Intel公司很長(zhǎng)一段時(shí)間堅(jiān)持兩年一代工藝和Tick-Tock 發(fā)展戰(zhàn)略的依據(jù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，集成度的提升靠的是集成電路工藝線(xiàn)寬的縮小，這是一維方向的堅(jiān)持發(fā)展。但隨著線(xiàn)寬的持續(xù)降低，半導(dǎo)體工藝發(fā)展到納米尺度，帶來(lái)無(wú)論是建廠(chǎng)成本、工藝研發(fā)還是產(chǎn)品研制費(fèi)用的急劇增加，集成電路工藝技術(shù)逐漸從單一追求尺寸依賴(lài)的先進(jìn)工藝，向先進(jìn)工藝（More Moore）、非尺寸依賴(lài)的特色工藝（More than Moore）和先進(jìn)封裝三個(gè)維度并舉發(fā)展。

張波教授表示，非尺寸依賴(lài)的特色工藝是“02”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)對(duì)More than Moore的稱(chēng)謂。 More than Moore，國(guó)內(nèi)很多人稱(chēng)為“超越摩爾定律”，這種直譯似乎不夠準(zhǔn)確，無(wú)法反映More than Moore的內(nèi)涵。

根據(jù)More than Moore白皮書(shū)對(duì)More than Moore的定義，More than Moore是指器件價(jià)值或者性能的提升，不完全靠尺寸縮小，而是通過(guò)功能的增加。 

X-Fab公司是一家專(zhuān)注More than Moore方向的國(guó)際著名公司，其對(duì)More than Moore的理解，是強(qiáng)調(diào)在CMOS工藝上，采用特色技術(shù)，集成模擬功能，以提升器件性能和性?xún)r(jià)比（Integrating analog function into CMOS-based specialty technologies enables cost-optimized and value–added system solutions）。

因此我們把嵌入式非易失性存儲(chǔ)工藝eNVM、BiCMOS工藝、RFCMOS工藝、BCD工藝、MEMS工藝，乃至GaAs、GaN、SiC工藝等不完全靠尺寸縮小來(lái)提升性能的工藝統(tǒng)稱(chēng)為非尺寸依賴(lài)的特色工藝。

特色工藝除了非尺寸依賴(lài)，還有何特色呢？我們首先想到的是由于工藝線(xiàn)寬較先進(jìn)工藝大，因此建廠(chǎng)與生產(chǎn)線(xiàn)維護(hù)成本低，同時(shí)相較于5nm、7nm等先進(jìn)工藝，特色工藝相對(duì)成熟，產(chǎn)品研發(fā)投入相對(duì)較少，此外還有啥特色？

特色工藝的另一個(gè)特點(diǎn)是由于許多特色工藝產(chǎn)品與應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)，因此工藝平臺(tái)繁多、產(chǎn)品種類(lèi)龐雜，多種工藝平臺(tái)共存。 如X-FAB的模擬工藝平臺(tái)，從0.13um到1um七種工藝平臺(tái)共存，即使0.18um節(jié)點(diǎn)的CMOS工藝，又有四種工藝平臺(tái)，分別對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用需求。 

特色工藝不僅平臺(tái)多、產(chǎn)品類(lèi)型多，同一類(lèi)器件品種還多，如功率MOS器件，美國(guó)安森美（ON Semi）公司就高達(dá)2500余種，另外還有功率MOS應(yīng)用時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)芯片154種。我們?cè)倏匆幌碌聡?guó)英飛凌（Infineon）公司，這家功率半導(dǎo)體器件龍頭企業(yè)的情形，英飛凌的功率MOS產(chǎn)品電壓范圍從12V到950V，質(zhì)量等級(jí)從工業(yè)級(jí)到汽車(chē)級(jí)，種類(lèi)高達(dá)3315種。前期英飛凌公司介紹其驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)宣稱(chēng)高達(dá)500余種，我們?cè)谄涔倬W(wǎng)上也可查到各種拓?fù)涞尿?qū)動(dòng)芯片369種。

為何特色工藝產(chǎn)品品種如此多樣？張波教授表示，這是因?yàn)楹芏嗵厣a(chǎn)品都是模擬器件，產(chǎn)品性能與應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)。也正是因?yàn)檫@種產(chǎn)品屬性，特色工藝產(chǎn)品往往無(wú)法形成壟斷企業(yè)。即使功率半導(dǎo)體分立器件老大，德國(guó)英飛凌公司收購(gòu)了美國(guó)IR公司，其市場(chǎng)占有率也只有18.5%，也不能獨(dú)霸市場(chǎng)。全球前十大功率半導(dǎo)體分立器件廠(chǎng)商加起來(lái)也只占據(jù)60%左右的市場(chǎng)。這給后來(lái)者留下了足夠的發(fā)展空間。 

功率器件如此，擴(kuò)展到模擬芯片也是如此。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，2017年全球前十大模擬芯片廠(chǎng)商銷(xiāo)售了約330億美元，占據(jù)了接近61%的市場(chǎng)份額。2018年全球前十大模擬芯片廠(chǎng)商銷(xiāo)售了361億美元，占據(jù)了60%的市場(chǎng)份額。模擬芯片市場(chǎng)在擴(kuò)大，但仍無(wú)壟斷企業(yè)。

張波教授強(qiáng)調(diào)也正是特色工藝具有品種眾多、與應(yīng)用強(qiáng)相關(guān)，且無(wú)壟斷企業(yè)等特點(diǎn)，構(gòu)成了中國(guó)的發(fā)展機(jī)遇。

改革開(kāi)放40年來(lái)，我國(guó)建立了門(mén)類(lèi)齊全的現(xiàn)代工業(yè)體系，工業(yè)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力迅速壯大并躍升為世界第一制造大國(guó)，也是世界上唯一擁有完整的制造業(yè)體系、產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)鏈的大國(guó)。世界銀行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)制造業(yè)增加值為3.59萬(wàn)億美元，占全世界的28.57%，是美國(guó)和德國(guó)制造業(yè)增加值的總和，遙遙領(lǐng)先于世界其它國(guó)家。 這也成就了我們成為全球集成電路應(yīng)用大國(guó)。我國(guó)的集成電路消耗量占到全球消耗量的60%。但是在我們大量應(yīng)用的集成電路中，絕大部分來(lái)自進(jìn)口。這個(gè)數(shù)據(jù)我們做IC的都很熟悉，2018全年IC進(jìn)口總金額超過(guò)3000億美元（約合人民幣2.1萬(wàn)億元），占我國(guó)進(jìn)口總額的14%左右。但是我們還請(qǐng)注意這樣一個(gè)事實(shí)，進(jìn)口集成電路的均價(jià)只有7毛五，不足一美元。在我們進(jìn)口的集成電路產(chǎn)品中，除了大量進(jìn)口動(dòng)輒數(shù)百美元的高端CPU外，還大量進(jìn)口了不需要先進(jìn)工藝的分立器件、電源管理集成電路、通用處理器、控制器等。因此我們可以說(shuō)，特色工藝產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。

也許有人會(huì)說(shuō)，講“國(guó)產(chǎn)替代”太低級(jí)，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)“先進(jìn)器件引領(lǐng)系統(tǒng)發(fā)展”。張波教授表示，確實(shí)，引領(lǐng)系統(tǒng)發(fā)展是我們“芯片人”的使命，但如果沒(méi)看見(jiàn)“國(guó)產(chǎn)替代”這樣一個(gè)大市場(chǎng)，不踏踏實(shí)實(shí)一步步做起，正視現(xiàn)狀，夯實(shí)基礎(chǔ)，我們的半導(dǎo)體行業(yè)也許很難成長(zhǎng)起來(lái)。

回過(guò)頭來(lái)，我們特色工藝產(chǎn)品領(lǐng)域有市場(chǎng)空間，我們是否有發(fā)展特色工藝的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)？這些特色工藝產(chǎn)品市場(chǎng)我們是否有實(shí)力去占據(jù)？我們欣喜的看到，特色工藝的發(fā)展機(jī)遇已經(jīng)被業(yè)內(nèi)所認(rèn)識(shí)，特色工藝中國(guó)正在崛起。我們先不討論中芯國(guó)際是否堅(jiān)持當(dāng)年邱慈云邱總提倡的兩條腿走路的思路，我們看到目前上海華虹宏力堅(jiān)定的在持續(xù)推進(jìn)特色工藝，華潤(rùn)微電子在積極發(fā)展特色工藝，士蘭微在特色工藝上不斷提升自己的能力，還有中國(guó)電子的積塔半導(dǎo)體、廣州粵芯等許多新建12英寸生產(chǎn)線(xiàn)在積極建設(shè)中。這些已建或在建的特色工藝芯片生產(chǎn)線(xiàn)不光有IDM模式，還有大量的代工廠(chǎng)，這就給我國(guó)大量的特色產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司提供了發(fā)展平臺(tái)。 

我們建了這樣多特色工藝線(xiàn)，是否會(huì)產(chǎn)能過(guò)剩？ 我們來(lái)看這組數(shù)據(jù)，2018年臺(tái)積電（TSMC）擁有1200萬(wàn)片12英寸晶圓產(chǎn)能，擁有1100萬(wàn)片8英寸晶圓產(chǎn)能，且8英寸晶圓產(chǎn)能較2013年增長(zhǎng)540萬(wàn)片。一方面我們?cè)诮ǖ纳a(chǎn)線(xiàn)的所有產(chǎn)能加起來(lái)都沒(méi)有臺(tái)積電大，另一方面從臺(tái)積電這家芯片代工龍頭企業(yè)的產(chǎn)能數(shù)據(jù)看，發(fā)展特色工藝符合行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

這次中美貿(mào)易戰(zhàn)特別是中興、華為事件，加上去、前年的市場(chǎng)缺貨行情，給我國(guó)的整機(jī)企業(yè)敲了警鐘，芯片的國(guó)產(chǎn)替代打開(kāi)了更大的空間。 

在特色工藝領(lǐng)域我們有市場(chǎng)空間、有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但我們能否占據(jù)這些市場(chǎng)空間，換句話(huà)說(shuō)，中國(guó)特色工藝發(fā)展的挑戰(zhàn)是啥？ 

張波教授表示，特色工藝平臺(tái)眾多、產(chǎn)品繁多，國(guó)際老牌的半導(dǎo)體企業(yè)通過(guò)自身發(fā)展和產(chǎn)業(yè)購(gòu)并，產(chǎn)品系列豐富。相比較而言，我國(guó)相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品體系單薄，對(duì)用戶(hù)的供應(yīng)鏈管理處于弱勢(shì)。特色工藝所相關(guān)的特色產(chǎn)品常常是器件設(shè)計(jì)、工藝制造、產(chǎn)品封裝、應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)，國(guó)外特色工藝企業(yè)常常是IDM形態(tài)，而國(guó)內(nèi)缺乏大型的IDM企業(yè)，導(dǎo)致產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，競(jìng)爭(zhēng)力缺乏。同時(shí)這些國(guó)外頂尖的特色企業(yè)大都具有悠久歷史，產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)豐富、人才集聚，能對(duì)市場(chǎng)需求快速研制出新的產(chǎn)品。 

張波教授強(qiáng)調(diào)，盡管面臨眾多挑戰(zhàn)，但從前面的分析中可以看出我們?nèi)匀挥邪l(fā)展優(yōu)勢(shì)。我國(guó)是集成電路的市場(chǎng)大國(guó)，且大部分市場(chǎng)被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大；特色工藝產(chǎn)品與市場(chǎng)應(yīng)用緊密相關(guān)，產(chǎn)品屬性給予了我們發(fā)展的相對(duì)優(yōu)勢(shì)；目前復(fù)雜的國(guó)際政治、產(chǎn)業(yè)生態(tài)，給自主可控芯片發(fā)展提供了改革開(kāi)放40年來(lái)前所未有的機(jī)遇；經(jīng)過(guò)幾代炎黃子孫的不懈努力，我們?cè)谔厣に囶I(lǐng)域已具備加速發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。在上述因素的協(xié)同作用下，相信中國(guó)特色工藝具有很大的發(fā)展機(jī)遇。