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成都“芯”面纱

芯思想 ·2019-08-02 16:26·与非网
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成都是中国西南开发最早的地区,是全国首批24座历史文化名城之一。从有确切记载算起,成都已有2300多年的历史。早在公元前四世纪,蜀国迁都城至此,取周王迁岐“一年成聚,二年成邑,三年成都”,因名成都,相沿至今。成都一直是各朝代的州、郡治所;汉朝时为全国五大都会之一;唐朝时为中国最发达的工商业城市之一;北宋是汴京以外的第二大城市,发明了世界上第一种纸币“交子”。在相当长的一段时间里,成都的经济结构一直是以农业和第三产业为主。

今天,电子信息产业已经成为成都市第一大支柱产业。成都市把电子信息产业放在“突出发展”的第一个层位发展,以构建新一代电子信息产业体系为核心,重点发展集成电路和电子器件、智能终端、网络通信、互联网、信息安全、数字新媒体、物联网、软件服务、行业电子、智能家居和军工电子11个重点产业集群。

成都提出打造“中国芯”高地的目标,重点提升集成电路设计能力,打造化合物 半导体 产业链,建设全国重要的 芯片 生产基地,并获批建设国家“芯火”双创基地。

据悉,2018年成都电子信息产业规模达7366亿元,较2017年的6393亿元增长15.74%;。2018年集成电路产业规模约890亿元,较2017年的716亿元增长24.30%。

成都规划到2035年集成电路产业规模达3400亿元。成都何以有如此大的雄心。下面让我们走近成都,拨开面纱,一探究竟。

成都半导体产业现状

产业链趋于完善

在经历几十年的建设和发展后,成都已经在半导体全产业链拥有一批具有较强竞争力的优势企业。

在芯片设计方面,成都已经拥有各类设计公司120多家,主要聚集在成都高新区,拥有振芯科技、锐成芯微、和芯微、雷电微力、华大九天、华为海思、新华三等各具特色的企业,设计领域涵盖网络通讯、智能家电、物联网、北斗导航、IP等。其中,锐成芯微是国内较大、较完整的超低功耗物联网模拟IP供应商,也是国内提供嵌入式非挥发性存储技术LogicFlash®的主要供应商;和芯微是国内规模较大的数模混合IP核供应商;振芯科技和成都精准时空分别在军、民用北斗芯片市场拥有一席之地;雷电微力专注高性能微波及 射频 SOC集成电路设计;紫光集团旗下的新华三芯片设计开发基地将瞄准世界前沿芯片技术开展研发工作,力争提供高性能的高端路由器产品与解决方案,并逐步扩展物联网以及人工智能芯片开发业务。

在晶圆制造方面,成都拥有一条8英寸晶圆生产线、一条6英寸化合物半导体晶圆生产线、一条6英寸平面光波导芯片生产线。德州仪器拥有中西部第一条集成电路8英寸晶圆生产线(原成芯半导体),目前正在发展12英寸凸点制造技术并向封装、测试延伸,形成了集IC设计、晶圆制造、封装测试于一体较为完整的产业链;海威华芯拥有6英寸化合物半导体生产线,具有砷化镓(GaAs MMIC)的晶圆代工(Foundry)能力,专注提供GaAs pHEMT集成电路制程技术,同时在GaN、SiC等化合物半导体领域已逐渐展开布局;飞阳科技的平面光波导芯片工程化平台包括芯片设计、6寸平面光波导晶圆生产线和平面光波导封装与测试生产线,具备适时升级改造成8寸生产线的空间。2018年10月,紫光集团宣布成都12英寸3D NAND存储器晶圆生产线开工建设,成都将迎来12英寸晶圆制造时代。

在半导体封测方面,成都拥有华天科技(原宇芯)、士兰微、英特尔、德州仪器、芯源系统(MPS)等近十家封装测试企业,形成西南最大的芯片封装测试基地。英特尔全球一半的笔记本CPU在成都封装、测试,由此吸引联想、戴尔、仁宝、纬创等一批计算机行业著名品牌企业和代工厂商来蓉发展;德州仪器成都基地向封装、测试延伸,并积极发展12英寸凸点制造技术;华天科技收购了宇芯的母公司UniSem,从而得以在西南进行战略布局。

在半导体装备和材料方面,成都拥有国内领先的抛光材料生产商时代立夫,时代立夫的产品近年已开始大量进入市场,抛光垫产品已拿到上海华力、中芯国际,武汉新芯等企业订单;其他包括半导体引线框架供应商住矿电子,芯片封装胶产品供应商硅宝科技;以及包括BOC、梅塞尔气体、林德气体、空气化工等气体配套企业。

人才资源丰富

在挖掘成都半导体发展过程中,笔者发现成都在集成电路领域人才方面具有很多优势。首先成都有两所985大学和双一流大学,分别是四川大学、电子科技大学。在一个城市有两所大学同时进入985和双一流,全国也只有成都、北京、上海、天津、广州、武汉、南京、西安、长沙等10个城市。第二,成都还有一大批知名大学设有集成电路相关学系,包括西南交通大学、四川文理学院、成都理工大学、成都师范学院、成都信息工程学院、四川农业大学、成都工业学院、西南石油大学、西华大学、四川师范大学、成都电子机械高等专科学校等都开设有电子科学与技术专业。成都每年集成电路相关专业毕业人数超过三千人。

在此有必要特别提及电子科技大学。电子科技大学的前身是1956年创建的成都电讯工程学院,1960年被中共中央列为全国重点高等学校,1961年被中共中央确定为七所国防工业院校之一,1988年更名电子科技大学,1997年被确定为国家首批“211工程”重点建设大学,2000年由原信息产业部主管划转为教育部主管,2001年进入国家“985工程”重点建设大学行列,是2003年科技部、教育部命名的首批9个“首批国家集成电路人才培养基地”之一,是2015年教育部批准的9所“首批示范性微电子学院”之一,2017年9月入选国家“世界一流大学”A类建设高校名单。

电子科技大学在教育部组织的“电子科学与技术”学科评审中,继2012年在第三轮学科评估中名列第一名后,在2017年的第四轮学科评估中再次以A+的优异成绩排名第一。

2018年7月张波教授在演讲中表示,电子科技大学现有各类全日制在读学生33000余人,其中博士、硕士研究生12000余人。本科招生每年约5000人,其中川籍学生约800人,只占16%左右。但研究生毕业留川的比例竟高达45%。

张教授解释道, 我们留川看研究生不看本科,是因为电子科技大学一半左右的本科生均选择深造读研了,而研究生入学来源看的是本科学校,因此入学用本科,毕业看研究生更适当。

根据工业和信息化部软件与集成电路促进中心发布的《中国集成电路产业人才白皮书(2017-2018)》的资料显示,我国集成电路从业人员总数不足30万人,但是按总产值计算,需要70万人,人才培养总量严重不足。人才缺失成为制约我国半导体产业发展的关键性因素之一,这点已经在业界达成共识。

集成电路产业对人才的需求未来将节节攀升,而成都恰恰不缺集成电路方面的人才供应。《白皮书》中指出,电子科技大学在我国高校“输出集成电路专业领域人才TOP40”中名列第一。成都在人才方面的优势将助力其半导体产业发展。

产值连创新高

据统计,中西部地区近年来在集成电路产业取得飞速发展,集成电路的产值规模全国占比已从2012年10%左右上升至2018年30%以上的份额。

成都作为中国西南集成电路产业腹地,占比高达14%,为中西部地区的集成电路产业发展贡献了巨大力量。

2015年成都集成电路的产值达377亿元,占全国集成电路总产值3610亿元的10.44%;2016年成都集成电路的产值达475亿元,占全国集成电路总产值4335亿元的10.96%;2017年成都集成电路的产值达716亿元,占全国集成电路总产值5411亿元的13.23%;2018年成都集成电路的产值达890亿元,占全国集成电路总产值6531亿元的13.63%。产业规模四年增长了2.36倍,年均增长133%;全国 占比也年年上升。按照芯思想研究院发布的“中国集成电路产业规模城市排名榜”,成都集成电路年产值仅次于上海、无锡、北京、深圳,位居全国第五,中西部地区第一。

成都电子产业沉浮

在成都电子产业60年的发展史上,也曾几次出现过产业发展高峰和低谷。第一次高峰是“一五”、“二五”和“三线建设”时期,成都俨然成为中国电子产业重镇;第一次低谷是在1990年代,由于国防电子元器件企业大多由于技术落后、机制不活等原因而陷入困境,导致成都在电子产业的发展上陷入了一个低谷期。

第二次高峰出现在2000年代初期。随着2000年国家“18号文件”的发布,国家开始在全国布局“国家集成电路人才培养基地”和“国家集成电路设计产业化基地”,成都由于在电子产业的多年积累和电子科技大学的人才输送优势成功获批,因此成为中国集成电路设计重镇之一,而随着成芯的建成和英特尔的落户,成都隐然有了“IC产业第四城”的霸气。当时业界有一个相当美好的比喻:中国的集成电路产业布局犹如一只展翅的大鹏,上海是大鹏的头部,北京、深圳是大鹏的两翼,而成都则是大鹏的尾巴;第二次低谷是随着成芯被德州仪器收购,同时大批的集成电路设计公司纷纷转型、破产清算、并购,成都的电子信息产业发展再一次进入了低谷期。

两次发展高峰时期,成都造就了两个产业聚集区,第一次产业高峰时期,成都东郊成为共和国的电子重镇;第二次产业高峰时期,成都高新区成为了集成电路发展的“芯”高地。

1、东郊情怀

作为成都最早、最大的工业集中发展区,成都东郊在“一五”、“二五”期间建成了一大批电子、机电工业骨干企业。1953年新中国的第一个五年计划,苏联援建项目156个,其中第一批九个电子工业项目,有四个部署在成都东郊,包括红光电子管厂、国光电子管厂、锦江电机厂等;从1964年开始的“三线建设”和“三线调迁”中,成都东郊又承接建设了多家大中型国防军工企业,彻底改变了成都以农业和第三产业为主的经济结构,奠定了成都工业经济的基础;至1970年代末,成都已成为中国国防工业的大后方和全国三大电子工业基地之一,红光厂、国光厂、亚光厂、宏明厂、前锋厂……这些响亮的名字,共同书写了成都东郊电子工业的历史华章。

同时,在周恩来总理的亲自部署下,由交通大学(现上海交通大学、西安交通大学)的电讯工程系、华南工学院(现华南理工大学)的电讯系和南京工学院(现东南大学)的无线电系于1956年合并创建成都电讯工程学院,1988年更名电子科技大学。

“一五”、“二五”和“三线建设”时期可以说是成都电子产业的第一个“黄金发展期”,如今依然存在的这些国防军工电子企业是成都乃至四川在中国电子信息行业中占有一席之地的重要砝码;电子科技大学60多年来为中国电子信息产业培养输送了大批高精尖人才。

2、高新崛起

成都高新区于1998年开始筹建,1990年正式获批,1991年获批成为全国首批国家级高新区,2006年被科技部确定为全国创建“世界一流高科技园区”试点园区,2015年经国务院批准成为西部首个国家自主创新示范区,是四川省全面创新改革试验区和自由贸易试验区核心区;2016年,成都高新区在科技部火炬中心国家高新区的综合排名升至全国第3位,仅次于北京中关村和上海张江。

据悉,成都高新区聚集了集成电路产业企业150余家,汇聚新华三、英特尔、德州仪器、紫光展锐、华天科技(原宇芯)、芯源系统、乐山无线电、达尔科技(Diodes)等知名企业。从2016年起,随着德州仪器新封测项目、英特尔“骏马”项目等重点项目的推进实施,前期加快推进的新产品、新产能相继投产或达产,集成电路为成都高新区电子信息产业的爆发提供了新的增长点。

同时,成都高新区承担了国家集成电路设计成都产业化基地工作,是全国建立的包括北京、上海在内的8个国家级集成电路设计产业化基地之一,通过引进、共建、培育等多种方式,这里已聚集9家集成电路公共技术平台,形成全链条公共技术平台支撑体系,其规模和技术居中西部领先水平。

2019年3月,西南首个国家“芯火”双创基地正式在成都高新区启动。“芯火”双创基地将着力打造政产学研金一体的集成电路设计创新生态体系。成都高新区将借助创建国家“芯火”双创基地的良好契机,围绕增强关键芯片自主开发和国产化替代能力,强化集成电路产业链,提升成都集成电路设计国家级产业化基地建设水平,尽快缩小与国际先进水平的集成电路设计软、硬件平台的差距,高标准建成集成电路“芯火”双创基地,为集成电路产业的发展创造优良环境,助力电子信息产业功能区建设,助推成都高新区建设生产、生活、生态融合的电子信息产业功能区。

成都新区正以产业生态圈建设为核心,积极从全球吸引顶尖产业资源、参与全球电子信息产业分工,融入全球电子信息产业链高端和价值链核心,助力成都建设中国电子信息产业核心城市和全球电子信息产业部分领域的支点城市、领军城市。

建设特色“芯”成都

成都发展特色芯片极具潜力。在特色芯片中,尤其是 功率半导体芯片 、射频芯片、信息安全芯片,成都均有很好基础。

首先说说第二类特色芯片,就是功率半导体芯片。

成都在功率半导体芯片研究和产业化方面具有相当的实力。

首先,在功率半导体芯片研究方面电子科技大学是其中的佼佼者。

1、电子科技大学电子科学与工程学院(示范性微电子学院)陈星弼院士被誉为“中国功率器件领路人”,是国际半导体界著名的超结结构(Super Junction)的发明人,也是国际上功率器件的结终端理论的集大成者。目前负责新器件研究室。

从1981年起,陈星弼教授便开始了对功率半导体器件进行研究,1993年陈星弼教授提出的“复合缓冲层Composite Buffer Layer,CB-Layer)”结构,在纵向功率器件中采用多个PN结作为耐压层,被国际学术界誉为功率器件的新里程碑。陈星弼教授对导通电阻和击穿电压之间的关系进行了严格的理论推导,并提出公式:

在陈院士担任电子科技大学微电子科学与工程系系主任、微电子研究所所长期间,他引导电子科技大学微电子在功率集成电路的发展方向,并取得了享誉国际的成绩,一举奠定了电子科技大学在这方面的学术地位。因对高压功率MOSFET理论与设计的卓越贡献,陈院士于2015年5月获得IEEE ISPSD大会颁发的最高荣誉“国际功率半导体先驱奖”,是亚太地区首位获此殊荣的科学家。2018年5月,因发明的超结器件而入选IEEE ISPSD首届全球名人堂(全球共32位,国内首位)。

2、电子科技大学功率集成技术实验室(Power Integrated Technology Lab,PITEL)隶属于电子科学与工程学院(示范性微电子学院),是“电子薄膜与集成器件国家重点实验室”和“电子科技大学集成电路研究中心”的重要组成部分,被国际同行誉为“全球功率半导体技术领域最大的学术研究团队”和“功率半导体领域研究最为全面的学术团队”。实验室长期专注于功率半导体技术研究,开展了功率半导体分立器件、可集成功率半导体器件新结构、高低压工艺集成和电源管理集成电路研究,研究范围从硅基、SOI基到SiC和GaN功率半导体器件,涵盖高性能二极管、双极型功率晶体管、功率MOSFET、IGBT、单片大功率RF LDMOS、MOS控制晶闸管、DC-DC转换电路、AC-DC转换电路、功率驱动集成电路、单芯片功率系统集成、数字辅助功率集成以及面向系统芯片的低功耗设计等,已累计培养出功率半导体领域硕士、博士700余名。

第二,成都汇聚了一批从事功率半导体和模拟芯片公司,包括德州仪器(TI)、美国芯源系统公司(MPS)、成都士兰半导体制造有限公司、成都先进功率半导体股份有限公司(APS),都具有相当的产业化能力。尤其是随着无线充和快充的兴起,加上南芯半导体、易冲无线、成都蕊源半导体、英麦科、圣邦微和英集芯等公司在成都的落户,更增强了成都在该领域的影响力。

第二类特色芯片是射频微波。

成都也是中国本土微波射频器件制造基地,更是中国重要的航空/航天、雷达、导航技术产业基地,聚集了一大批优秀的器件、系统、设备厂商、研究所及科研单位。

首先,电子科技大学在射频微波领域的研究具有特别的强劲,电子科技大学的射频微波是由“中国微波之父”林为干院士(1919年10月20日-2015年1月23日)所创建,培养了一大批电磁场与微波技术领域的栋梁之才。

林为干对中国电磁科学的发展作出了杰出的贡献,他50年来在此领域耕耘至今,其主要科技成就为闭合场理论、开放场理论和镜像理论。在闭合场理论方面,他发表了“一腔多模拟微波滤波器”的观点,奠定了一腔多模的作用;在开放场方面他提出了“传输线阻抗计算方法”和“三角波导理论”等观点,对静电场理论做出了重要贡献;他发现了有介质平面上双像的现象,对介质球的镜像理论解决了这一棘手问题。

第二,成都汇聚了一批产业化公司,包括成都亚光电子股份有限公司、成都泰格微电子研究所、中电科航空电子有限公司、成都雷电微力科技有限公司、成都海威华芯科技有限公司、成都智芯测控科技有限公司、成都聚利中宇科技有限公司等。

亚光电子建立投产于1965年,是我国第一批研制生产微波半导体器件及电路的骨干企业,中国第一只微波半导体二极管就诞生在该公司;泰格微波创立于1992年,是国内知名的从事军、民用微波器件、组件和系统的研发、生产的公司;电科航电是中国电子科技集团公司通过整合内部优质资源,联合10所、20所、41所、54所、28所、14所、32所7家下属单位,与四川省以及成都市共同出资组建,专门从事民用航空电子领域系统及设备的系统设计、集成开发、产品研发,专注通信导航领域;雷电微力专注于设计、研发、测试和销售基于先进GaAs、GaN、HBT、PHEMT等工艺技术的微波及射频SOC集成电路及传感器产品,主要运用于各种雷达和通信领域,公司的射频测试、封装工厂具备年产10万套T/R收发模块(传感器)的能力;海威华芯拥有6英寸GaAs/GaN集成电路生产线,是国内率先提供6英寸GaAs MMIC的纯晶圆代工服务的制造企业;智芯测控专注于GaAs、GaN、CMOS和SiGe等工艺技术的射频微波/毫米波模块电路及片上系统芯片设计,频率覆盖范围从DC到300GHz,产品可广泛应用于通信、汽车电子、物联网和宇航等领域;聚利中宇致力于新一代硅基微波毫米波太赫兹集成电路芯片和模块研发,开发了从低频到高频的200多种芯片产品,产品主要在安检成像、自动驾驶、智能交通、智能家居等领域应用。

第三个特色芯片是信息安全芯片,四川在密码技术、主动防御和芯片安全等技术领域居于国内领先地位。

中国电子科技网络信息安全有限公司(中国网安)2015年5月成立,是中国电子科技集团公司根据国家安全战略发展需要,以深耕信息安全和物理安全领域的中国电科第三十研究所、第三十三研究所为核心,汇聚中国电科内部资源重点打造的网络信息安全子集团。

新政下的新时期,成都将如何发展半导体

成都半导体产业存在的问题

在探讨新时期成都将如何发展半导体时,有必要思考一下成都半导体产业存在的问题。

一是成都的集成电路三业发展很不均衡。2015年成都集成电路的产值达377亿元,其中设计业营收约为31亿元,制造业约为10亿元,封测业约为334亿元,装备材料业约为2亿元。封装业占比达88.6%,且主要是外资企业。

二是本土企业规模体量不大。成都本土半导体企业以设计企业为主,都是小微企业或者是大公司在成都设立的研发部门,一直以来缺乏设计龙头企业。

三是产品同质化严重。前文提到成都功率半导体和模拟芯片公司众多,增强了成都在该领域的影响力。这是成都的一个特色,但也存在弊端,就是小公司林立,同时产品低端化、同质化严重;还有就是抢人,尽管成都有大量的微电子专业人才,但公司增多,导致对人才的渴求。

四是IC设计企业与整机企业缺乏交流,自主IC产品推广应用亟待加强。

五是产学研缺乏一体化联动。尽管成都具有高校和科研院所的资源优势,但高校和科研院所在本地的成果转化率不高,难以与芯片制造、芯片应用产业环节形成闭环。

新时期,成都将如何发展半导体

2018年11月,成都发布《支持集成电路设计业加快发展若干政策》,提出一要加大集成电路设计领军企业的引进力度,二要支持本地集成电路设计业做强做大,三要加快完善集成电路设计业生态,四要营造集成电路设计人才安居乐业的环境。这是继2018年3月发布《进一步支持产业项目加快发展若干政策措施》(简称《集成电路十条》)之后的又一力举。

颁布新政容易,实施落实不易;政策内容虽好,但不能念歪经。

个人认为成都发展半导体产业要做好以下几点:

一是政府要加大重视程度。笔者在成都参与的几次半导体产业会议或论坛上,很少看到成都的政府领导出席,即使参加,也大多是致辞完就离场。这点和合肥、南京等城市无法相比。政府官员应该与产业界加强互动,了解企业的真正需求,才能对症下药,确保政策的实用性、可持续性。

二是加强产业链协同能力。要将芯片设计、芯片制造、封装测试、整机系统等产业链环节形成整体协同发展态势,形成以整机产品引领集成电路芯片设计创新的局面。

三是瞄准第二代、第三代化合物半导体。依托电子科技大学等高校的人才资源,以及成都现有的功率半导体和模拟芯片优势,积极布局宽禁带化合物半导体的设计、制造、封测,构建“研发设计、生产制造、封装测试、市场应用”化合物半导体全产业链,以形成产业优势。

四是加快军民融合。当前迎来军民融合发展机遇,成都要依托特有的军工产业积累的雄厚基础及研发实力,以及现有的集成电路产业基础,紧扣军民融合这一国家战略,深度落实国家对军民融合提出的要求,将成都打造成全国军民融合新标杆。

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