值此背景下,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体成为市场聚焦的新赛道。根据Yole预测数据, 2025年全球以半绝缘型衬底制备的GaN器件市场规模将达到20亿美元,2019-2025年复合年均增长率高达12%! 其中,军工和通信基站设备是GaN器件主要的应用市场,2025年市场规模分别为11.1亿美元和7.31亿美元
全球以导电型碳化硅衬底制备的SiC器件市场规模到2025年将达到25.62亿美元,2019- 2025年复合年均增长率高达30%! 其中,新能源汽车和光伏及储能是SiC器件主要的应用市场, 2025年市场规模分别为15.53亿美元和3.14亿美元。
本文中,我们将针对第三代半导体产业多个方面的话题,与国内外该领域知名半导体厂商进行探讨解析。
20世纪50年代以来,以硅(Si)、锗(Ge)为代的第一代半导体材料的出现,取代了笨重的电子管,让以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。人们最常用的CPU、GPU等产品,都离不开第一代半导体材料的功劳。可以说是由第一代半导体材料奠定了微电子产业的基础。
然而由于硅材料的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低等原因,硅材料在光电子领域和高频高功率器件方面的应用受到诸多限制。因此,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料开始崭露头角,使半导体材料的应用进入光电子领域,尤其是在红外激光器和高亮度的红光二极管方面。与此同时,4G通信设备因为市场需求增量暴涨,也意味着第二代半导体材料为信息产业打下了坚实基础。
在第二代半导体材料的基础上,人们希望半导体元器件具备耐高压、耐高温、大功率、抗辐射、导电性能更强、工作速度更快、工作损耗更低特性,第三代半导体材料也正是基于这些特性而诞生。
笔者注意到,对于第三代半导体产业各家半导体大厂的看法也重点集中在 “高效”、“降耗”、“突破极限” 等核心关键词上。
安森美中国汽车OEM技术负责人吴桐博士 告诉笔者: “第三代半导体优异的材料特性可以突破硅基器件的应用极限,同时带来更好的性能,这也是未来功率半导体最主流的方向。” 他表示随着第三代半导体技术的普及,传统成熟的行业设计都会有突破点和优化的空间。
英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区应用市场总监程文涛 则从能源角度谈到,到2025年,全球可再生能源发电量有望超过燃煤发电量,将推动第三代半导体器件的用量迅速增长。 在用电端,由于数据中心、5G通信等场景用电量巨大,节电降耗的重要性凸显,也将成为率先采用第三代半导体器件做大功率转换的应用领域。
第三代半导体材料区别于前两代半导体材料最大的区别就在于带隙的不同。 第一代半导体材料属于间接带隙,窄带隙第二代半导体材料属于直接带隙,同样也是窄带隙二第三代半导体材料则是全组分直接带隙,宽禁带。
和前两代半导体材料相比,更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运行。
随着碳化硅、氮化镓等具有宽禁带特性(Eg>2.3eV)的新兴半导体材料相继出现,世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起。具体来看:
与硅相比, 碳化硅拥有更为优越的电气特性 :
1.耐高压 :击穿电场强度大,是硅的10倍,用碳化硅制备器件可以极大地 提高耐压容量、工作频率和电流密度,并大大降低器件的导通损耗
2.耐高温 :半导体器件在较高的温度下,会产生载流子的本征激发现象,造成器件失效。禁带宽度越大,器件的极限工作温度越高。碳化硅的禁带接近硅的3倍,可以保证碳化硅器件在高温条件下工作的可靠性。硅器件的极限工作温度一般不能超过300℃,而碳化硅器件的极限工作温度可以达到600℃以上。同时,碳化硅的热导率比硅更高,高热导率有助于碳化硅器件的散热,在同样的输出功率下保持更低的温度,碳化硅器件也因此对散热的设计要求更低,有助于实现设备的小型化
3.高频性能 :碳化硅的饱和电子漂移速率是硅的2倍,这决定了碳化硅器件可以实现更高的工作频率和更高的功率密度。基于这些优良的特性,碳化硅衬底的使用极限性能优于硅衬底,可以满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求,已应用于射频器件及功率器件。
氮化镓则具有宽禁带、高电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、耐辐照等突出优点。 尤其是在光电子器件领域,氮化镓器件作为LED照明光源已广泛应用,还可制备成氮化镓基激光器在微波射频器件方面,氮化镓器件可用于有源相控阵雷达、无线电通信、基站、卫星等军事 或者民用领域氮化镓也可用于功率器件,其比传统器件具有更低的电源损耗。
半导体行业有个说法: “一代材料,一代技术,一代产业” ,在第三代半导体产业规模化出现之前,也还存在着不少亟待解决的技术难题。
第三代半导体全产业链十分复杂,包括衬底→外延→设计→制造→封装。 其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,起到物理支撑、导热、导电等作用外延是在衬底材料上生长出新的半导体晶层,这些外延层是制造半导体芯片的重要原料,影响器件的基本性能设计包括器件设计和集成电路设计,其中器件设计包括半导体器件的结构、材料,与外延相关性很大制造需要通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等复杂工艺流程在外延片上制作出设计好的器件结构和电路封装是指将制造好的晶圆切割成裸芯片。
前两个环节衬底和外延生长正是第三代半导体生产工艺及其难点所在。我们重点挑选碳化硅、氮化镓两种典型的第三代半导体材料来看,它们的生产制备到底还面临哪些问题。
从碳化硅来看,还需要“降低衬底生长缺陷,以及提高工艺效率” 。首先碳化硅单晶制备目前最常用的是物理气相输运法(PVT)或籽晶的升华法,而碳化硅单晶在形成最终的短圆柱状之前,还需要通过机械加工整形、切片、研磨、抛光等化学机械抛光和清洗等工艺才能成为衬底材料。
这一机械、化学制造过程存在着加工困难、制造效率低、制造成本高等问题。此外,如果再加上考虑单晶加工的效率和成本问题,那还能够保障晶片具备良好的几何形貌,如总厚度变化、翘曲度、变形,而且晶片表面质量(粗糙度、划伤等)是否过关等,这都是碳化硅衬底制备中的巨大挑战。
此外,碳化硅材料是目前仅次于金刚石硬度的材料,材料的机械加工主要以金刚石磨料为基础切割线、切割刀具、磨削砂轮等工具。这些工具的制备难度大,使用寿命短,加工成本高,为了延长工具寿命、提高加工质量,往往会采用微量或极低速进给量,这就牺牲了碳化硅材料制备的整体生产效率。
对于氮化镓来说,则更看重“衬底与外延材料需匹配”的难题 。由于氮化镓在高温生长时“氮”的离解压很高,很难得到大尺寸的氮化镓单晶材料,当前大多数商业器件是基于异质外延的,比如蓝宝石、AlN、SiC和Si材料衬底来替代氮化镓器件的衬底。
但问题是这些异质衬底材料和氮化镓之间的晶格失配和热失配非常大,晶格常数差异会导致氮化镓衬底和外延层界面处的高密度位错缺陷,严重的话还会导致位错穿透影响外延层的晶体质量。这也就是为什么氮化镓更看重衬底与外延材料需匹配的难点。
在落地到利用第三代半导体材料去解决具体问题时,程文涛告诉OFweek维科网·电子工程, 英飞凌的碳化硅器件所采用的沟槽式结构解决了大多数功率开关器件的可靠性问题。
比如现在大多数功率开关器件产品采用的是平面结构,难以在开关的效率上和长期可靠性上得到平衡。采用平面结构,如果要让器件的效率提高,给它加点电,就能导通得非常彻底,那么它的门级就需要做得非常薄,这个很薄的门级结构,在长期运行的时候,或者在大批量运用的时候,就容易产生可靠性的问题。
如果要把它的门级做的相对比较厚,就没办法充分利用沟道的导通性能。而采用沟槽式的做法就能够很好地解决这两个问题。
吴桐博士则从产业化的角度提出, 第三代半导体技术的难点在于有关设计技术和量产能力的协调,以及对长期可靠性的保障。尤其是量产的良率,更需要持续性的优化,降低成本,提升可靠性。
观察当前半导体市场可以发现,占据市场九成以上的份额的主流产品依然是硅基芯片。
但近些年来,“摩尔定律面临失效危机”的声音不绝于耳,随着芯片设计越来越先进,芯片制造工艺不断接近物理极限和工程极限,芯片性能提升也逐步放缓,且成本不断上升。
业界也因此不断发出质疑,未来芯片的发展极限到底在哪,一旦硅基芯片达到极限点,又该从哪个方向下手寻求芯片效能的提升呢?笔者通过采访发现,国内外厂商在面对这一问题时,虽然都表达出第三代半导体产业未来值得期待,但也齐齐提到在这背后还需要重点解决的成本问题。
“目前硅基半导体从架构上、从可靠性、从性能的提升等方面,基本上已经接近了物理极限。第三代半导体将接棒硅基半导体,持续降低导通损耗,在能源转换的领域作出贡献,” 程文涛也为笔者描述了当前市场上的一种现象:可能会存在一些定价接近硅基半导体的第三代半导体器件,但并不代表它的成本就接近硅基半导体。因为那是一种商业行为,就是通过低定价来催生这个市场。
以目前的工艺来讲,第三代半导体的成本还是远高于硅基半导体 ,程文涛表示:“至少在可见的将来,第三代半导体不会完全取代第一代半导体。因为从性价比的角度来说,在非常宽的应用范围中,硅基半导体目前依然是不二之选。第三代半导体目前在商业化上的瓶颈就是成本很高,虽然在迅速下降,但依然远高于硅基半导体。”
作为中国碳化硅功率器件产业化的倡导者之一,泰科天润同样也表示对第三代半导体产业发展的看好。
虽然碳化硅单价目前比硅高不少,但从系统整体的角度来看,可以节约电感电容以及散热片。如果是大功率电源系统整体角度看成本未必更高,同时还能更好地提升效率。 这也是为什么现阶段虽然单器件碳化硅比硅贵,依然不少领域客户已经批量使用了。
从器件的角度来看,碳化硅从四寸过度到六寸,未来往八寸甚至十二寸发展,碳化硅器件的成本也将大幅度下降。据泰科天润介绍,公司新的碳化硅六寸线于去年就已经实现批量出货,为客户提供更高性价比的产品,有些产品实现20-30%的降价幅度。除此之外,泰科天润耗时1年多成功开发了碳化硅减薄工艺,在Vf水平不变的情况下,可以缩小芯片面积,进一步为客户提供性价比更高的产品。
泰科天润还告诉笔者:“这两年随着国外友商的缺货或涨价,比如一些高压硅器件,这些领域已经出现碳化硅取代硅的现象。随着碳化硅晶圆6寸产线生产技术的成熟,8寸晶圆的发展,碳化硅器件有望与硅基器件达到相同的价格水平。”
吴桐博士认为, 目前来看在不同的细分市场,第三代半导体跟硅基器件是一个很好的互补,也是价钱vs性能的一个平衡。随着第三代半导体的成熟以及成本的降低,最终会慢慢取代硅基产品成为主流方案。
那么对于企业而言,该如何发挥第三代半导体的综合优势呢?吴桐博士表示,于安森美而言,首先是要垂直整合,保证稳定的供应链,可长期规划的产能布局以及达到客观的投资回报率其次是在技术研发上继续发力,比如Rsp等参数,相比行业水准,实现用更小的半导体面积实现相同功能,这样单个器件成本得以优化第三是持续地提升FE/BE良率,等效的降低成本第四是与行业大客户共同开发定义新产品,保证竞争力以及稳定的供需关系最后也是重要的一点,要帮助行业共同成长,蛋糕做大,产能做强,才能使得单价有进一步下降的空间。
第三代半导体产业究竟掀起了多大的风口?根据《2020“新基建”风口下第三代半导体应用发展与投资价值白皮书》内容:2019年我国第三代半导体市场规模为94.15亿元,预计2019-2022年将保持85%以上平均增长速度,到2022年市场规模将达到623.42亿元。
其中,第三代半导体衬底市场规模从7.86亿元增长至15.21亿元,年复合增速为24.61%,半导体器件市场规模从86.29亿元增长至608.21亿元,年复合增速为91.73%。
得益于第三代半导体材料的优良特性,它在 光电子、电力电子、通讯射频 等领域尤为适用。具体来看:
光电子器件 包括发光二极管、激光器、探测器、光子集成电路等,多用于5G通信领域,场景包括半导体照明、智能照明、光纤通信、光无线通信、激光显示、高密度存储、光复印打印、紫外预警等
电力电子器件 包括碳化硅器件、氮化镓器件,多用于新能源领域,场景包括消费电子、新能源汽车、工业、UPS、光伏逆变器等
微波射频器件 包括HEMT(高电子迁移率晶体管)、MMIC(单片微波集成电路)等,同样也是用在5G通信领域,不过场景则更加高端,包括通讯基站及终端、卫星通讯、军用雷达等。
现阶段,欧美日韩等国第三代半导体企业已形成规模化优势,占据全球市场绝大多数市场份额。我国高度重视第三代半导体发展,在研发、产业化方面出台了一系列支持政策。国家科技部、工信部等先后开展了“战略性第三代半导体材料项目部署”等十余个专项,大力支持第三代半导体技术和产业发展。
早在2014年,工信部发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》提出设立国家产业投资基金,重点支持集成电路等产业发展,促进工业转型升级,同时鼓励社会各类风险投资和股权投资基金进入集成电路领域在去年全国人大发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,进一步强调培育先进制造业集群,推动集成电路、航空航天等产业创新发展。瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
具体来看当前主要应用领域的发展情况:
1.新能源汽车
新能源汽车行业是未来市场空间巨大的新兴市场,全球范围内新能源车的普及趋势明朗。随着电动汽车的发展,对功率半导体器件需求量日益增加,成为功率半导体器件新的经济增长点。得益于碳化硅功率器件的高可靠性及高效率特性,在车载级的电机驱动器、OBC及DC/DC部分,碳化硅器件的使用已经比较普遍。对于非车载充电桩产品, 由于成本的原因,目前使用比例还相对较低,但部分厂商已开始利用碳化硅器件的优势,通过降低冷却等系统的整体成本找到了市场。
2.光伏
光伏逆变器曾普遍采用硅器件,经过40多年的发展,转换效率和功率密度等已接近理论极限。碳化硅器件具有低损耗、高开关频率、高适用性、降低系统散热要求等优点,将在光伏新能源领域得到广泛应用。例如,在住宅和商业设施光伏系统中的组串逆变器里,碳化硅器件在系统级层面带来成本和效能的好处。
3.轨道交通
未来轨道交通对电力电子装置,比如牵引变流器、电力电子电压器等提出了更高的要求。采用碳化硅功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率,有助于明显减轻轨道交通的载重系统。目前,受限于碳化硅功率器件的电流容量,碳化硅混合模块将首先开始替代部分硅IGBT模块。未来随着碳化硅器件容量的提升,全碳化硅模块将在轨道交通领域发挥更大的作用。
4.智能电网
目前碳化硅器件已经在中低压配电网开始了应用。未来更高电压、更大容量、更低损耗的柔性输变电将对万伏级以上的碳化硅功率器件具有重大需求。碳化硅功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置中。
第三代半导体自从在2021年被列入十四五规划后,相关概念持续升温,迅速成为超级风口,投资热度高居不下。
时常会听到业内说法称,第三代半导体国内外都是同一起跑线出发,目前大家差距相对不大,整个产业发展仍处于爆发前的“抢跑”阶段,对国内而言第三代半导体材料更是有望成为半导体产业的“突围先锋”,但事实真的是这样吗?
从起步时间来看,欧日美厂商率先积累专利布局,比如 英飞凌一直走在碳化硅技术的最前沿,从30年前(1992年)开始包含碳化硅二极管在内的功率半导体的研发,在2001年发布了世界上第一款商业化碳化硅功率二极管 ,此后至今英飞凌不断推出了各种性能优异的碳化硅功率器件。除了产品本身,英飞凌在2018年收购了Siltectra,致力于通过冷切割技术优化工艺流程,大幅提高对碳化硅原材料的利用率,有效降低碳化硅的成本。
安森美也是第三代半导体产业布局中的佼佼者,据笔者了解, 安森美通过收购上游碳化硅供应企业GTAT实现了产业链的垂直整合,确保产能和质量的稳定。同时借助安森美多年的技术积累以及几年前收购Fairchild半导体基因带来的技术补充,安森美的碳化硅技术已经进入第三代,综合性能在业界处于领先地位 。目前已成为世界上少数提供从衬底到模块的端到端碳化硅方案供应商,包括碳化硅球生长、衬底、外延、器件制造、同类最佳的集成模块和分立封装方案。
具体到技术上, 北京大学教授、宽禁带半导体研究中心主任沈波 也曾提出,国内第三代半导体和国际上差距比较大,其中很重要的领域之一是碳化硅功率电子芯片。这一块国际上已经完成了多次迭代,虽然8英寸技术还没投入量产,但是6英寸已经是主流技术,二极管已经发展到了第五代,三极管也发展到了第三代,IGBT也已进入产业导入前期。
另外车规级的碳化硅MOSFET模块在意法半导体率先通过以后,包括罗姆、英飞凌、科锐等国际巨头也已通过认证,国际上车规级的碳化硅芯片正逐渐走向规模化生产和应用。反观国内,目前真正量产的主要还是碳化硅二极管,工业级MOSFET模块估计到明年才能实现规模量产,车规级碳化硅模块要等待更长时间才能量产。
泰科天润也直言,国内该领域仍处于后发追赶阶段:器件方面,从二极管的角度, 国产碳化硅二极管基本上水平和国外差距不大,但是碳化硅MOSFET国内外差距还是有至少1-2代的差距 可靠性方面,国外碳化硅产品市场应用推广较早,积累了更加丰富的应用经验,对产品可靠性的认知,定义以及关联解决可靠性的方式都走得更前一些,国内厂家也在推广市场的过程中逐步积累相关经验产业链方面,国外厂家针对碳化硅的材料优势,相关匹配的产业链都做了对应的优化设计,使之能更加契合的体现碳化硅的材料优势。
OFweek维科网·电子工获悉,泰科天润在湖南新建的碳化硅6寸晶圆产线,第一期60000片/六寸片/年。此产线已经于去年实现批量出货,2022年始至4月底已经接到上亿元销售订单。 作为国内最早从事碳化硅芯片生产研发的公司,泰科天润积累了10余年的生产经验,针对特定领域可以结合自身的研发,生产和工艺一体化,快速为客户开发痛点新品 ,例如公司全球首创的史上最小650V1A SOD123,专门针对解决自举驱动电路已经替换高压小电流Si FRD解决反向恢复的痛点问题而设计。
虽然说IDM方面,我国在碳化硅器件设计方面有所欠缺,少有厂商涉及于此,但后发追赶者也不在少数。
就拿碳化硅产业来看,单晶衬底方面国内已经开发出了6英寸导电性碳化硅衬底和高纯半绝缘碳化硅衬底。 山东天岳、天科合达、河北同光、中科节能 均已完成6英寸衬底的研发,中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。
此外,在模块、器件制造环节我国也涌现了大批优秀的企业,包括 三安集成、海威华芯、泰科天润、中车时代、世纪金光、芯光润泽、深圳基本、国扬电子、士兰微、扬杰科技、瞻芯电子、天津中环、江苏华功、大连芯冠、聚力成半导体 等等。
OFweek维科网·电子工程认为,随着我国对新型基础建设的布局展开和“双碳”目标的提出,碳化硅和氮化稼等第三代半导体的作用也愈发凸显。
上有国家支持政策,下有新能源汽车、5G通信等旺盛市场需求, 我国第三代半导体产业也开始由“导入期”向“成长期”过渡,初步形成从材料、器件到应用的全产业链。但美中不足在于整体技术水平还落后世界顶尖水平好几年,因此在材料、晶圆、封装及应用等环节的核心关键技术和可靠性、一致性等工程化应用问题上还需进一步完善优化。
当前,全球正处于新一轮科技和产业革命的关键期,第三代半导体产业作为新一代电子信息技术中的重点组成部分,为能源革命带来了深刻的改变。
在此背景下,OFweek维科网·电子工程作为深耕电子产业领域的资深媒体,对全球电子产业高度关注,紧跟产业发展步伐。为了更好地促进电子工程师之间技术交流,推动国内电子行业技术升级,我们继续联袂数十家电子行业企业技术专家,推出面向电子工程师技术人员的专场在线会议 「OFweek 2022 (第二期)工程师系列在线大会」 。
本期在线会议将于6月22日在OFweek官方直播平台举办,将邀请国内外知名电子企业技术专家,聚焦半导体领域展开技术交流,为各位观众带来技术讲解、案例分享和方案展示。
英伟达（Nvidia）如果成功以400亿美元收购Arm，预计将对芯片世界产生重大影响，但要完全理解这一交易的影响还需要很多年。
由于多种因素，预计未来几年会出现更多此类交易，对于拥有创新技术的初创公司的收购兴趣增加，以及从股市筹钱更加容易都是重要原因。 此外，还有许多新兴市场正在逐渐升温，比如5G、边缘计算、AI / ML以及自动驾驶 汽车 的持续发展。
短期内，大多数行业的并购受新冠疫情的影响，但这不会持续下去。 收购是实现规模增长以及完善公司产品的最快方法，也是快速吸纳人才的方法。
Nvidia收购Arm的交易，是全球最大的GPU供应商与第一大移动处理器IP供应商的结合，将帮助Nvidia的业务范围从数据中心扩展到了边缘和终端。这笔交易也有助于两家公司将自己定位在边缘计算的不确定但新兴的世界中，在这个世界中，高度专业化的设备和服务器用于预处理或完成大量数据的处理。此外，Arm拥有广泛的生态系统。
“作为一家合并公司，我们可以做很多事情。增加的投资将使我们能够积极推动数据中心的发展，并将已经在数据中心中大量应用的AI推广到各个角落，并到达边缘。” Arm首席执行官Simon Segars说：“英伟达拥有大量的IP产品组合，可用于构建芯片、产品和系统。我们向全球半导体行业授予IP许可，并围绕此建立了一个生态系统。因此，我们将拥有更多的IP许可给客户。”
并购的成败，时间会给出答案
目前，Nvidia对Arm的收购交易还要通过各国监管机构的审查和批准。据熟悉并购交易的几位业内人士称，德州仪器（Texas Instruments）在2000年以76亿美元的价格收购Burr-Brown，这似乎是一项轰动的交易，但事实证明，这一收购的结果比最初的预期要局限得多。
两家公司的合并增强了TI在模拟技术领域的能力，并加强了公司的业务重点，但对整个行业的影响却不那么明显。TI 2011年以65亿美元收购美国国家半导体（National Semiconductor）的情况也是如此。
相比之下，ADI公司在2017年以148亿美元的价格收购了Linear Technology，并以210亿美元的价格收购了Maxim Integrated，使其成为TI强大的竞争对手，TI数十年来一直主导着模拟领域。ADI的收购让这个利润丰厚的市场，迎来了更多的价格和性能竞争，也为初创公司带来了机会。
“英特尔对Mobileye的收购可能具有重大意义。” Segars说：“ Broadcom（博通）被Avago（安高华）收购也是一笔重要的交易。人们谈论半导体整合已经很长时间了，这也确实正在发生。如果绘制这些公司市值的图表，就会发现长尾巴，这确实很有趣。ADI收购Maxim是另一回事。由于COVID-19，收购的进度要慢一些。对于从未有过交集的公司而言，很难融合在一起。Maxim和ADI有长期的合作关系。Arm、Nvidia和Softbank也彼此熟知。”
EDA和IP领域的并购超过芯片行业其他领域
EDA的收购交易数超过了芯片行业的任何其他领域，不过EDA行业的大多数收购规模都相对较小。 然而，三大EDA公司如果没有收购推动其增长，就永远不会成为三大巨头，而且芯片业不太可能会像以前那样发展。 仅Synopsys就完成了100多次收购。Mentor已经完成了70多次并购，而Cadence已经完成了50多次。（这个数字并不精确，因为有些是资产的分拆和收购，而不是整个公司。）
“许多产品属于增量产品，从技术上和经济上都有所提升。我们非常大的收购的交易之一是Avant，Synopsys在那时建立了所谓的设计前端、综合、仿真、时序、功耗等。那时的后端是物理设计，它是布局布线和一些验证，是由不同公司完成的。”Synopsys董事长兼联合首席执行官Aart de Geus表示，
“在90年代后期，我越来越担心，从技术角度来看，设计和后端设计之间的相互依赖性将变得越来越强。这种情况发生在2000年左右，当时人们担心经济低迷带来的影响。事实证明，在2001年经济大萧条时，许多消费者打算减少开支。只有一家公司——Mentor介于这两者之间，因此我们认为有必要提升我们的能力参与这场竞争。”
正是Cadence开启了EDA行业的并购。“在EDA中引人注目的两个收购是Cadence-Gateway和Cadence-Tangent。”西门子Mentor的名誉首席执行官Wally Rhines说，“随着世界正从原理图转向RTL，Gateway使Cadence进入了网关开发的Verilog业务，这推动了Verilog成为标准。虽然行业协会是VHDL，但Verilog处于领先地位。”
“同样重要的是Cadence对Tangent的收购。Tangent是一家门阵列路由器公司（最好的门阵列路由器公司），他们也开发了面向标准单元迁移的能力。更早之前，Mentor IC Station和Cadence从Solomon Design Automation出来的Virtuoso的前身，都提供相似的产品。今天的IC Station可能就是Virtuoso，只不过SCS（硅编译器系统）和Mentor的IC Station之间的内部争使他们陷入了完全停滞，为Cadence提供了机会。”
可以说，EDA行业中最重大的收购涉及2016年西门子（Siemens AG）对Mentor的收购。 西门子是一家大型企业集团，也是欧洲最大的工业制造公司，这笔45亿美元的交易使西门子可以提供了从设计软件到完整的半导体流程的完整服务。
同时，也让Mentor成为了一家实力雄厚的公司，其资金规模远大于所有EDA公司的总和。从这个角度来看，2019年，西门子的收入超过1000亿美元。所有EDA公司的市值之和只是其中的一小部分。
IP公司也积极购买其他IP公司，Arm的增长至少部分也是来源于多年来的收购。一些EDA公司，特别是Cadence和Synopsys，也收购了许多小型的IP公司。
Arteris IP董事长兼首席执行官K. Charles Janac表示：“迄今为止，在IP领域，最重要的收购是Synopsys进行了一项将近10亿美元的业务，主要集中在外围I/O IP和PHY技术。 英伟达对Arm的收购对于IP行业和半导体行业都是极为重要的。Nvidia试图成为下一代计算平台，与Intel和AMD直接竞争。因此，在Nvidia的支持下，也许Arm架构将成为SoC的下一个核心。”
关键是协同作用。“我曾经为Joe Costello工作，那时他担任Cadence首席执行官，他有几个有趣的想法。”Janac说，“这笔交易是很好的财务交易，但也必须能够有一些协同作用。如果将2两家公合并放在一起，它们的总和不应等于2或者2.5，应该为3或4。两家公司还需要在文化上兼容并积极地合作。Costello说的另一件事是，最好的交易是双方都对交易有些不满。如果有人真的很高兴，那可能就不算什么了。”
处理器和内存领域的重大并购
在处理器方面， Nvidia收Arm的意义不仅仅局限于某个方面。Arm的生态系统是如此广泛，以至于Arm处理器内核主导着从智能手机中的应用处理器到各种各样的便携式设备，当然，这不是收购唯一重要的意义。
AMD在2006年以54亿美元收购了GPU制造商ATI，从而使AMD在数据中心市场成为英特尔重要的竞争对手。 “ AMD收购了ATI的图形业务，这使他们能够在与Intel兼容的CPU的基础上进一步发展CPU业务。” 西门子Mentor的名誉首席执行官Wally Rhines说。“ ATI是一家非常独特的公司。如果回顾 历史 ，你会发现随着图形标准的改变，大约每10年就会出现一家新的图形公司。ATI是唯一延续了几代，并幸存下来的公司。”
在存储领域，一系列收购促成了美光的复兴。 他说：“日立和NEC合并成为Elpida（尔必达），被美光（Micron）收购。这的确使美光 科技 保留了DRAM业务，今天全球有三大DRAM供应商，虽然美光公司是最小的，但那笔交易使他们拥有了足够的技术和竞争力，以及日本公司的影响力。”
IDC研究副总裁Shane Rau表示同意。他说：“美光收购尔必达使他们迈过了门槛。现在有三大内存公司，这对于它们在DRAM中具有足够的供需是必要的。我们预计NAND市场也将出现整合。”
政府对收购的干预和影响
不过，并非所有宣布的收购都能实现。审查过程可能会产生令人意外的结果，而且政府可能认为国家受到威胁。 过去，主要是美国政府负责终止或推迟重大交易，但中国等其他国家开始发挥其市场力量 ，中国否决了高通公司的440亿美元收购NXP的计划。
“由于富士通收购交易的失败，美国国家半导体收购了仙童半导体。”Rhines说，“这笔交易意义重大，因为美国国家半导体数十年来一直将其研发投资降至最低，而Don Brooks（当时的总裁兼首席执行官）领导下的仙童半导体开发了出色的新技术。它使美国国家半导体焕发出了新的生命，因为一家将研发投入最小化和运营卓越最大化的公司收购了一家研发投入最大化的公司。”
美国政府在另外两项间接影响芯片产业的交易中也发挥了重要作用。第一项涉及1956年IBM签署的同意法令，当时该法令旨在限制IBM捆绑服务、软件和大型计算机的，被称为“市场篮子”的垄断定价。
IBM是当时唯一提供这三个功能的公司，而且由于当时的平台也是行业的标准，所有软件都必须与IBM的设备兼容。因此，IBM利用其市场影响力使用低价策略与这三个细分市场中的任何一个竞争对手竞争。
到1980年代初期开始PC时代时，IBM仍主要通过大型机和微型计算机来赚取收入，其高管的观点是，PC只是一种玩具。因此，IBM的想法是，与其再次扼杀市场竞争者使自己面临政府的更多干预，不如与英特尔和微软签署交易，而不是试图拥有所有技术。
美国政府还于1982年中断了贝尔系统的交易，让另一项交易达成。AT&T放弃了对贝尔运营公司的控制，而贝尔运营公司又被拆分为地区运营公司。贝尔实验室（Bell Labs）与联邦政府合作开展了大量工作，当时贝尔实验室是全球主要的研发部门之一，与IBM不相上下。 贝尔实验室在1947年发明了第一个晶体管，这是成为Linux基础的Unix *** 作系统，也是第一个光路由器。
贝尔实验室于2006年作为朗讯（Lucent）的一部分出售给了阿尔卡特（Alcatel），这是分拆的一部分，在2016年又被诺基亚收购。同时，GlobalFoundries在2015年收购了IBM的微电子业务。这两项收购终结了两个最大的半导体研究业务。
尽管IBM仍在为AI系统进行芯片研究，但在美国，公司以及公司/政府资助的半导体研究，尤其是通信和计算研究的全盛时期已经结束。
各国政府也阻止了芯片行业的其他交易。美国外资投资委员会（CFIUS）阻止了清华紫光集团在2018年以230亿美元的价格收购美光的交易。美国司法部还阻止了Applied Materials（应用材料公司）和TEL（东京威力科创）在2015年的93亿美元合并。
400亿美元的并购规模上限
Nvidia并购Arm的交易仍然是半导体行业规模最大的交易，尽管数量不多。Avago以370亿美元的现金和股票收购了Broadcom。不过，值得注意的是，似乎有一个可接受的上限。
IC Insights的高级市场研究分析师Rob Lineback表示：“几年前，我们确定半导体并购协议（不包括与系统级和软件业务相关的交易）已达到约400亿美元的上限。 高通公司未能以440亿美元收购恩智浦的交易在2018年7月被取消，因为中国在贸易战中一直推迟批准该交易。美国博通以1210亿美元的对高通的恶意收购报价（后来降至1170亿美元）被阻止，是因为担心该国在蜂窝通信技术领域的领导地位的丧失。”
尽管有足够的资金和公司参与的意愿，但规模仍然很重要。“由于大型交易的高价值，更多国家之间的贸易保护主义抬头以及贸易摩擦的加剧，大约400亿美元似乎已成为半导体行业可行的收购规模限制。” Lineback说，
“地缘政治环境和贸易战可能会继续限制半导体并购的规模。但是，Nvidia的400亿美元协议违反了这一假设上限。Nvidia与Arm的交易不仅影响了IC行业许多领域的主要参与者，而且似乎也是对当今地缘政治下芯片并购限制的考验。”
在中国，也有对收购交易的股份限制。非本土公司要建立合资公司，需要由中国合作伙伴公司拥有股份子公司51％或更多股份。IDC的Rau说：“这笔交易使Arm剥离了Arm China 51%的股份，意义重大。这是将知识产权带到中国的几笔交易之一。MIPS向中国开放，RISC-V也向中国开放。”
半导体行业正在进入新的阶段
新收购将如何改变芯片行业还有待观察，但是摩尔定律的放缓，以及芯片设计向更异构的方向发展以及对处理和智能需求的推动力，正在改变着芯片行业的动态。
“我们似乎正在进入半导体行业的新阶段，在1970年代和1980年代，通常与大型半导体公司进行纵向集成，这些大型半导体公司开发自己的处理器内核、EDA工具、有时甚至还包括处理设备。” Codasip的高级市场总监Roddy Urquhart说。
“到1990年代，这种情况已经被诸如德州仪器和西门子半导体（于1998年分拆）之类的公司所打破，放弃了内部EDA工具，转而采用商业工具。在同一时间范围内，包括Arm、MIPS、ARC和Tensilica在内的IP公司应运而生，以提供内部内核的替代方案。到2000年，世界上大多数公司都依靠三大EDA公司和Arm来满足大多数设计工具和IP需求。在同一时间范围内，我们看到了纯晶圆代工厂的出现和无晶圆厂半导体公司的增长。凭借稳定的商业环境，全球IC设计在许多地区得到了发展，特别是在中国和印度。”
更多的并购让市场在不同的地区进行重组，采用新技术以及需要在更多地方处理更多数据的需求，将会有更多的收购，但是速度如何尚不清楚。 雷锋网
原文链接：https://semiengineering.com/deals-that-change-the-chip-industry/雷锋网雷锋网
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）