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半导体的增值新方向—异质集成路线图(二)

  • 林育中
如果异质集成真将成为新的价值产生模式,价值链的样态和组合排列势将大幅改变,产业和厂商要早为之计。Intel

IEEE和SEMI共同支持的HIR(Heterogeneous Integration Roadmap;异质集成路线图) 的第1个范畴HI for Market Applications中包括6项:Mobile、IoT、 Medical and Health & Wearables、Automotive、High Performance Computing and Data Center以及Aerospace and Defense。这个范畴的纲目本身就引人注目,过去从来没有在技术路线图中去涉及应用的。

半导体的应用总是半导体技术及其所制作的器件走到那,系统的厂商就用到那。这次让应用来诱发半导体的价值成长,极具创新思维。但这范畴列在HIR中,却也算不得新发明,因为事实已先发生了。拿High Performance Computing and Data Center为例,在这个项目中,云端和云端基础设施的大公司早就纷纷设立自属的设计公司,像Google、Apple、中兴通讯、华为等都有自己专属的设计公司,而且成长迅速,现在还有其它公司会陆续加入。有半导体公司说要「以芯养云」,我的看法是方向反了,应该是「以云养芯」,有许多成功的实例为证。由应用端向半导体方向注入新价值并且垂直集成价值链这个趋势,设计公司要注意了。

第2个范畴是Heterogeneous Integration Components,这范畴包括6个子项目Single-Chip and Multi-Chip Packaging (including Substrates)、Integrated Photonics、Integrated Power Electronics、MEMS & Sensor Integration、RF and Analog Mixed-Signal Design与Co-Design and Simulation – Tools & Practice。

除了第1和第6个项目是HIR集成方向内容的核心,比较偏向技术项目外,第2项的矽光子是最常被称述的。将原来独立的光子器件,集成到矽芯片之中。对于高效能计算和通讯,它同时带来速度、能耗、体积等各方面的优势,使得设备和设备之间—譬如个人计算机和资料中心—不必再另设光/电、电/光的转换。光的传输是电的100倍,而且光传输近乎无能耗,这些都将贡献到前述的经济价值创新倍数之中。

第3项的功率晶体集成更早是势在必行,功率晶体的销售很早就是以模块的方式销售,这样才能与应用端更紧密结合,现在更进一步要集成入单一封装之内。这些原来单价不高的离散器件变成价格不斐的功能模块自然是增加半导体的价值。这个模式很早就存在,例如在手机发展的早期,其中的存储器叫Combo,基本上就是将pseudo SRAM(DRAM装成SRAM接口)与NOR Flash封装在一块,其价格远胜于二者之和。

第4项将传感器和致动器放在一块,说不定边缘计算的MCU也会进来,这是AIoT的应用;第5项将射频、类比与混合讯号集成,当然是通讯的应用。这二者的增加价值方式也雷同,也充满挑战-每一功率晶体的散热都是问题,何况放在一块?

第3个范畴Cross Cutting Topics有点象是大杂烩,包括Materials & Emerging Research Materials、Emerging Research Devices、Interconnect、Test、Supply Chain与Security (Cyber)。除了新材料和新器件外,也有ITRS中旧有的项目如Interconnect、Test等,这些因为异质集成的需求而产生新的意义,你怎么测试于同一封装内这么多效能各异的各个芯片及其集成功能?

第4个范畴Integration Processes才是核心技术,包括SiP、3D+2.5D、WLP (fan in and fan out),名字都耳熟能详,而且已开始进入产业界。特别值得一提的是第3项中的Fan Out Wafer Level Packaging(FOWLP),这个技术依赖于芯片制程中的线路重配置层(redistribution layer)的先行设计,让芯片设计、制造与封装测试有直接的连结。如果FOWLP成为器件主要的价值增加方法之一,你猜晶圆厂还是封装厂会将此核心竞争能力囊括入内?许多存储器厂开始扩充后段能力已是现在进行式。

异质集成由于价值产生的方式与以往大异其趣,而价值链区段的集成也会有所改变,像从应用端集成至芯片设计、从晶圆制造端集成进后段封装等,整个产业分工将有大幅改变。

再举一个例子,3D monolithic stacking这个新兴的技术最常提的例子是将CPU与存储器集成在一起,以后专精于逻辑制造或存储器制造的公司能够取得上位吗?或者二者兼具的公司才更如行走灶脚?如果是后者,逻辑代工与存储器还要如此泾渭分明吗?

台湾以前的竞争优势在于在产业中截取特殊的一段,取得规模优势后又转换成为技术优势,因此乐享荣景。但是如果异质集成真将成为新的价值产生模式,价值链的样态和组合排列势将大幅改变,产业和厂商要早为之计!

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。