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最近世界半导体业发展特点漫谈(下)

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作者:邵虞时间:2007-10-10来源:电子产品世界收藏

存储器迎来新时代

存储器自30多年前上市以来,历经变迁,今天迎来了新时代,存储“位”的需求将无限扩大。1971年Intel公司开发出1Kb DRAM,开创了DRAM历史,70年代美国公司顺理成章,君临天下。进入80年代,大型计算机市场扩大,DRAM技术要求十分殷切,以此为契机,日本DRAM公司乘时而起。DRAM技术要求较低,胜负在于大量生产技术,这正是日本公司的强项,美国以Intel公司为代表转向了技术更高的MPU,因此,80年代成了日本业的黄金时代,80年代中期日本不仅独占世界80%的DRAM市场份额,且在业整体上也超越美国,占有半壁江山。

世界跨进90年代,大型机销售趋淡,PC火爆,从而引起了DRAM生产的又一次巨大变化。日本生产的是高质量DRAM,当时要求保证工作25年,但PC对DRAM的质量要求没有这样高,而降低成本、提高产量才是成功的关键。韩国以及我国台湾地区就是在这样的形势下乘时而起,到1998年韩国即赶过日本,成为世界第一DRAM生产国以迄于今。总结韩国取胜之道有三,即经营、战略和成本竞争。

iSuppli公司预测,以256Mb DRAM作单位计算,2006年世界共生产DRAM  114亿块,2007年可达185亿块,2010年可望增长到626亿块,2006~2010年的年均增长率高达53%。公司同时表示2006年世界DRAM产值为339亿美元,2010年将达457亿美元,年均增长率7.7%。

iSuppli公司CEO Derek Lidon日前在韩国首尔的数字化论坛上预测,未来中国大陆/台湾或将超越韩国。2006年韩国以三星和Hynix公司为代表所生产的DRAM,在世界市场上以产量计占45%,而中国大陆/台湾的生产合计占17%。2007年韩国续增到占47%,中国大陆/台湾占31%,其他地区占22%。但从2008年起差距将逐步缩小,届时中国大陆/台湾将增至35%,韩国略减到46%,并预期2010年前者有可能在生产上超过后者。

自DRAM市场1996年崩盘之后到2001年间半导体设备投资主角是以Intel为代表微芯片厂商,但自2002年微芯片加工工艺逐渐逼近界限,而以NAND flash为代表的存储器投资比重却日益增大,近年其比重在整个半导体投资中已超过了40%(图6),各主要存储器公司的投资额如表2所示(表2)。投资是半导体存储器发展的重大牵引力。

图6 存储器的投资比重

DRAM公司最近虽在开发数字家电和移动电话等方面的应用,但对PC的依存仍然过大,约占其生产的60%,故其命运随PC而沉浮。NAND闪存则是替代DRAM以外的其他存储媒体而发展壮大起来的。例如已大量取代胶卷的存储卡就是NAND闪存,PC中的软盘和CD-R/RW也都在为NAND闪存所取代,USB存储器的本身就是NAND闪存,最近热销的Apple公司iPod系列也正配置NAND闪存,它的应用领域已涉及移动电话、PC、数码相机、便携音频产品、游戏机、摄像机等。

NAND闪存自2003年以后,产值急剧扩大。90年代它的产值不过DRAM的百分之几,到2006年已占DRAM生产的34%,二者产值分别为320亿美元和110亿美元(图7)。

图7 世界DRAM和NAND闪存的生产

现在生产NAND闪存的公司最大的要算韩国三星,独占世界生产50%以上,其次是日本东芝占20%,其后依次为韩国Hynix、日本Renesas、美国Micron公司、意法ST公司和德国Infineon公司等。NAND闪存大公司如三星和Hynix都是在一条生产线上同时生产NAND闪存和DRAM,这样便可根据市场的需求情况灵活加以调节。

NAND flash随着存储容量的扩大,并以价格为武器(它的降价速度保持在每年40%的速度),积极侵蚀硬盘市场,有称它为“未来的硬盘”和生财的“摇钱树”,因而原先生产NOR闪存的大公司如Intel的闪存部分已与Micron合并,建立NAND闪存生产公司。原在NOR市场上与Intel较劲的美国Spansion公司也于2006年年中进入NAND市场。

Moore定律继续有效

Intel公司创始之一Gordon Moore于1965年在一篇文章中提出的所谓Moore定律,开初说每一集成电路上以晶体管数为代表的集成度每年翻一番,后来因速度放慢,变为两年翻一番。这一定律40多年来被事实所证明是正确的,成为IC业发展经典。近年也有人提出质疑,认为已达不到这一速度,但Intel公司坚守这一原则,并认为还会继续下去。

Intel 当初提出这一定律时集成电路上的晶体管也就100个,到了2004年的公司产品(itamium2)即达到5.9亿晶体管,并预计2010年将达到10亿个(图8)。集成度的急速提高,使集成其上的晶体管单价按指数关系下降,1968年到2004年晶体管单价大约下降了6~7个数量级。

图8 集成电路的集成度发展

此外,说是产品生产的微细化也是按着Moore定律在2年1代地发展着,1999年是180nm时代,2001年130nm时代,2003年90nm时代,2005年65nm时代,2007年将是45nm时代,预计2009年则将是32nm时代。微细化发展一代,芯片面积约缩小一半,这是微细化所带来的经济性。

圆片面积大口径化,从150mm、200mm正积极转向300mm,这一尺寸或许会使用长久一些,而后再向450mm过渡(参见图2)。
  
代工业发展迅速

代工业在半导体业中的地位年年提高。据世界第一代工公司台积电报道,上世纪90年代大多时间代工业产值在半导体业中不过占10%的样子,最后几年快速提升,到2000年已占到20%,2010年将提高到35%(图4)。(但我们按WTST的世界半导体产值计,1993年代工业占9%,2006年也不过占10%。)。世界代工业产值据台积电的估计,2006年在200~250亿美元之间,预计2010年可望达500亿美元(依SIA预测2010年世界半导体产值将达到3000亿美元以上,那代工业占17%)。台积电预测2005~2010年世界代工业的年均增长率可达到20%左右,远高于半导体产业的6. 1%.

代工业经营不易,投资巨大,台积电公司每年的设备投资近30亿美元,2006年在26~28亿美元之间,每年的研发费4亿美元,全部用于制造工艺上。

图 9   世界代工业的发展

公司的工厂规模很大,月投产8~10万片,投资这样的工厂需60~100亿美元,一般集成器件制造商(IDM)恐不易做到,只有微处理器和存储器大公司才能做到。台积电公司从从0.5μm工艺做起,经过0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm、90nm,2006 年进入65nm的量产化,2007年将开始45nm的量产。

Power  is  god

产业全球化成为潮流,人们经历了网络社会和互联网社会并将从Ubiquitous(随时可用计算机)社会向Ambient(环境保护)社会前进。计算机的应用更加深入人们的生活,同时环境保护已成了人类生活在地球上的共同课题。

图10  世界信息技术的发展

在走向环保社会时,节能无疑是关注焦点之一。据报道,电子信息技术所消费电力约占世界总消费电力的14%,次于发动机(51%)、照明(19%)和空调(16%)而居第四。此外,能源成本也成为电子设备的主要问题。日趋便宜的PC,其5年时间所消耗的电力成本有可能超过PC本身。且所用能源也很大;10亿人每天使用100W的PC5小时,那么一天消费电力就需5亿度,一年即达2000亿度电。因此,发展半导体产业已不能只考虑性能的提高,而且要注意到节能。

今天消费者对便携电子产品要求更多的功能、更高性能的同时,还希望产品能做到更加轻薄、功耗更低,以便使用时间更长。Power is god(能源是上帝)。这对芯片制造商还是电源生产厂都提出了更高的要求。

图11 逻辑电路和模拟电路的驱动电压

与此同时,人们也的确看到了电路的驱动电压正不断走低。功耗与速度是有矛盾的,速度要求功耗,解决之道是微细化,我国一位专家称,一般线条减小一半,速度提高4倍。事实正是这样,数字逻辑电路的不断微细化,其驱动电压已突破了1伏关口,而模拟电路和微细化不如逻辑电路,当它们的加工工艺为180~130nm时,电压为2.5~1.8V,最近有达到1.2V的,尽管有困难,还在向1V挺进(图11)。由于在系统芯片上是数模混合的,故此模拟能否突破1V成为人们议论的问题。



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