世界500强正威集团全面发力第三代半导体产业

来源:人民政协网

编者按：中国领导中国人民走过了百年辉煌路程。面对西方国家的半导体技术封锁与市场垄断，怀抱实干兴邦、产业报国理想的正威集团，在董事局主席王文银的带领下，以改革开放最前沿的深圳为据点，积极响应党和国家号召，在“十四五”开局起步、全面建设 社会 主义现代化国家新征程启航之际，以永无止境的创新和勇攀 科技 高峰的魄力，铸造“中国芯”，誓为中国半导体事业闯出一条康庄大道。

6月29日，四川海特高新技术股份有限公司（以下简称“海特高新”）发布公告称，深圳正威金融控股有限公司（以下简称“正威金控”）已完成向海特高新旗下控股子公司成都海威华芯 科技 有限公司（以下简称“海威华芯”）增资1288余亿元，其中619亿元计入注册资本。本次增资扩股完成后，正威金控持有海威华芯3401%股权，成为海威华芯第一大股东，海特高新是其第二大股东，中国电子 科技 集团公司第二十九研究所是其第三大股东。

据了解，海威华芯是国内半导体行业中的佼佼者，公司拥有完整的技术团队、先进的GaAs集成电路制造技术和生产设备，其打造的“六英吋GaAs集成电路Foundry线”是国家支持的重点产业项目。如今海威华芯已建成国内第一条6英寸氮化镓半导体晶圆生产线，成功申请核心专利255项，获得授权171项，其中发明专利76项，具备氮化镓600片/月的晶圆制造能力，是国内六英吋砷化镓集成电路（GaAs MMIC）纯晶圆代工（Foundry）最专业的服务制造商之一。

正威金控是正威控股集团旗下控股子公司，是正威集团产业战略布局的资本运作平台，服务于正威集团实体产业，整合正威集团资源。正威集团是一家以新一代电子信息和新材料完整产业链为主导的高 科技 产业集团，2020年实现营业额逾7000亿元，目前位列世界500强企业排名第91名、中国民营企业500强第3名、中国制造业民营企业500强第2名。

正威集团多年深耕半导体产业，拥有全球一流的专家技术团队，近年已在硅基半导体、半导体封装材料、5G新材料和智能终端等多领域产业布局。此次正威增资扩股海威华芯，将整合正威电子信息产业集群、高端新材料产业供应链、专业智能制造能力等，以强大的资金、技术、人才、品牌等全方位优势，助力与海威华芯实现产业协同，聚焦第三代半导体关键核心技术和重大应用突破，在军品和民品领域为国家 科技 创新贡献力量。

目前，正威集团在A股市场已控股了一家上市公司九鼎新材。在正威集团战略投资海威华芯的背景下，九鼎新材董事会亦在公开披露的定期报告中明确表示：“公司将积极获取主要股东在产业布局上的大力支持，梳理优化老资产，并购整合新资产，研发实现新突破，在微波、电子信息新材料和功能材料为核心的相关多元化发展战略上实现有效突破”。对海威华芯的战略投资，势必成为正威集团全面发力第三代半导体产业的重要引擎。

第三代半导体发展风口已至

据了解，芯片是国家的“工业粮食”，是信息产业的核心，是所有整机设备的“心脏”。我国作为目前全球最大的半导体消费市场，国产芯片供给率却不到10%。而随着美国为首的西方国家进一步对中国半导体等高端 科技 领域的技术封锁，中国半导体行业本土化的大发展势在必行。相较于第一、二代半导体，被誉微电子产业“新发动机”的第三代半导体，已成为全球半导体技术和产业新竞争焦点，有望成为我国与当今技术领先国家减少差距、实现换道超车的新路径。

为发展中国半导体产业，国家近来先后印发了《重点新材料首批次应用示范指导目录》《能源技术创新“十三五”规划》等支持性政策文件，将SiC、GaN和AlN等第三代半导体材料纳入重点新材料目录，推动支持SiC等第三代半导体材料的制造及应用技术的突破。《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》也将“碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”写入了“ 科技 前沿领域攻关”部分。在国家政策扶持以及新兴产业的推动下，目前国内第三代半导体产业链已经初步形成，第三代半导体行业的发展风口悄然而至。

政策支持有力推动了中国各地半导体产业快速发展，其中深圳尤为显著。今年3月， 科技 部正式批复支持广东省和江苏省建设国家第三代半导体技术创新中心，将第三代半导体技术“国字号”重器落地深圳和苏州，统筹全国优势力量为第三代半导体产业提供源头技术供给，推动我国第三代半导体产业创新能力整体跃升。作为国家建设 科技 和产业创新高地，深圳已然形成发展国家第三代半导体的沃土。据深圳市国民经济和 社会 发展十四五规划和二〇三五年远景目标纲要显示，到2025年以半导体产业为首的战略性新兴产业增加值将超过15万亿元，占整个GDP近40%。对于扎根深圳的正威集团来说，进一步增强了其发展半导体产业的信心和决心，也创造了更好、更快、更优的新发展机遇。

发挥企业推动创新创造生力军作用

作为全国政协委员，正威集团董事局主席王文银今年提交了关于“建立粤港澳大湾区集成电路产业大学”和“推动第三代半导体产业落地，打开成长空间”等提案，引发 社会 广泛关注。

据了解，正威集团早于2008年便开始进军半导体领域，成为国内早期一批 探索 半导体产业发展的企业之一，通过成功收购韩国三星五厂全部半导体设备，建立了正威半导体制造10版本。如今，经过十余年发展，正威半导体制造已达到30版本。未来，正威集团拟投资百亿元，持续在中国核心城市布局第三代半导体产业，并逐步打造集半导体材料、装备、工业软件、制造技术、封装技术、测试技术、系统集成技术、产品应用软件等全产业链于一体的发展模式，助推中国半导体事业换道超车。王文银表示，做好半导体事业要具备真正的工匠精神，需要凝聚各方的智慧与力量。作为新时代的企业家，应担负起创新、责任、担当，要有心系国家发展和民族复兴的大情怀和大格局。

“当前国家第三代半导体产业发展面临着产品开发与市场终端应用需求不匹配、产业链短时间暴发带来的人才与资金压力、全国各地项目无序发展等问题。”王文银认为，“国家应从顶层设计入手，合理配置半导体领域资源，扶持和发展一批优秀企业，聚焦成熟产品，攻关关键技术，实现从跟跑到领跑。”

当前，伴随着第三代半导体行业的触角向大数据、物联网、人工智能、5G、航空航天、城际高铁交通、新能源 汽车 等关键领域延伸，以正威集团为代表的一批专注半导体制造和研发的企业正在迅速崛起，相信中国半导体事业发展的春天即将到来。（文/王婵）

受多重因素叠加影响，连日来，全球范围内多家半导体巨头股价集体跳水，此情此景让人不禁要问，市场转冷趋势显现，半导体产业的“寒冬”是否已经来临，未来还将何去何从，国内企业又该如何应对？多家企业股价下跌，半导体市场转冷半导体巨头英伟达自10月2日创下每股29276美元的历史高点以来，已经下跌了近一半。截至11月19日收盘，该股交易价格为1447美元。在过去的2016至2017年，英伟达堪称科技股中的“妖股”，2016年股价累计上涨224%，2017年上涨81%，而今年三季度营收不及预期，盘后跌逾16%。美国股市其他芯片公司也呈现下跌态势，AMD跌36%，美光科技跌17%，英特尔跌10%，苹果跌05%。除美国外，其他国家和地区芯片公司股票也呈现下跌态势，如台积电与联发科遭证券分析机构调低评价等级及目标价，反映了法人对半导体产业最担心的两大不利因素，包括整体经济变动影响半导体产业环境，以及由于太过依赖智能手机，导致如今手机市场增长趋缓对半导体产生的反作用力。资深行业观察家莫大康对中国电子报记者坦言，产业转冷趋势的确已十分明显，特别是今年第四季度。这一现象符合规律，无论是存储器制造行业还是整个半导体产业，都是靠“量大”来驱动的，因此一些细微的复杂因素被放大，国内企业应做好充分准备加以应对。Gartner半导体和电子研究副总裁盛陵海告诉《中国电子报》记者，产业趋冷现象真实存在，它是由半导体行业的特性决定的，与投资和供给的平衡有关。多重原因叠加，促使市场转冷2017年半导体市场因存储器的带动作用走向历史新高，2018年至今，从材料、设备、设计等多个领域内相关企业的现状来看，产业转冷现象渐显。“此次市场转冷，总结来说可分为三点原因。”莫大康说。莫大康认为，第一点原因，半导体产业深受存储器价格影响，2017年的辉煌靠的是存储器价格拉动，2018年的下滑同样是拜其所赐，可谓涨也存储器，落也存储器。目前我们看到的“下滑”和“转冷”，也符合半导体产业和存储器行业的周期性发展规律，因此，这一趋势似乎是客观存在，不可避免。除了存储器价格下滑，智能终端产品市场缩水也对半导体产业转冷造成一些影响。“过去几年智能手机等移动终端设备的大幅增长，使得存储器需求旺盛一时，然而现在智能手机等终端设备市场已经接近饱和，市场逐渐缩水，半导体产业也受到一些影响。”莫大康说。物联网、汽车电子、AI、AR/VR等市场对产业的带动呼声很高，但是莫大康认为，目前新兴市场都只是在培育和成长的过程之中，市场空间还尚未开发。“AI、AR/VR、汽车电子、物联网等市场对半导体产业的带动作用毋庸置疑，但是目前来看，这些市场刚刚起步。尤其在传输方面，5G还尚未成熟，这些市场的带动作用还没得以发挥。”莫大康说。他认为，不仅如此，全球半导体产业的发展同样深受国际大环境的影响。国际和区域经贸关系不但影响到关税和相关产业链，更主要的是对心理方面的影响。提振信心应对转冷期产业转冷是否会带动起紧张氛围？盛陵海表示，半导体周期往复是产业正常现象，半导体本身发展会有很多不确定的因素，国际环境、技术升级等各方面因素都会影响半导体产业的走势。“但是有一点能够肯定的是，在产业周期性变化的过程中，企业应该努力延长高峰期，缩短低谷期。低谷期并不可怕，可怕的是企业没有创新，越是具有创新的企业，在低谷期，越有可能找到新的爆发点。”盛陵海说。在危机中寻找契机，在契机中化解危机，在行业转冷时期做足准备，走过寒冬便是春。莫大康告诉记者，面对半导体产业转冷，中国企业首先要做的应该是提升自身信心。我国半导体产业目前距离国际水平还有一定的差距，但是差距并不是无法追赶的，中国企业需要先树立自身信心，才能有所突破。在我国政策的积极扶持下，目前半导体企业在国内遍地开花。莫大康表示，在层出不穷的企业中培养骨干十分重要。

在6月12日在日本京都召开的2019年度"VLSI和电路技术专题研讨会上，瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS（双晶体管-金属氧化氮氧化硅）闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用，该控制器专门用于能量采集应用。

2003年由日立和三菱电机合并成立了瑞萨电子。

2010年4月1日，NEC电子和瑞萨电子合并，成为了全球第一的MCU供应商，也是SoC系统晶片与各式类比及电源装置等先进半导体解决方案的领导品牌之一。在成立之时一跃成为全球第三大半导体公司，仅次于英特尔和三星。

然而瑞萨电子合并后的几年路走的并不顺，从成立时的全球半导体老三的位置一路挣扎，在2014年跌出了全球前十。

2016年，瑞萨开始下注 汽车 行业，并以32亿美元收购Intersil，引入了模拟与混合信号芯片产品线，盈利才逐渐上来。2017年，瑞萨占据了全球20%的MCU市占率。

去年9月11日，瑞萨宣布以约67亿美元收购美国模拟芯片大厂IDT，这个收购被认为是为了应对 汽车 领域的老对手NXP的威胁。在智能手机市场增长下滑的今天，预计 汽车 市场将是未来半导体厂商最大的细分市场。然而在2018年，意法半导体(STMicroelectronics)、英飞凌(Infineon)和NXP的 汽车 业务收入均出现增长，而瑞萨(Renesas)的 汽车 业务收入却较2017年有所下降。
与最接近的竞争对手相比，瑞萨是唯一一家在2018年 汽车 业务营收出现下滑的供应商，这不仅让人感觉到一丝意外

瑞萨电子中国董事长真冈朋光认为，瑞萨在2018年已经预计到了市场需求疲软的现状，同时也根据需求下滑进行了相对应的措施，如调整工厂产能。此外这不仅仅是瑞萨电子一家企业的事情，还需要跟代理商和销售渠道不断的加强沟通。"我们的客户对市场的未来也比较谨慎。因为不由厂商控制的情况太多了，比如现在的中美贸易摩擦的问题，没有人能预计到，但就是发生了。"真冈朋光认为，中美贸易摩擦这种不可控的事情发生，对瑞萨的客户影响是很明显的，因此瑞萨需要不断调整自己去适应市场的变化。

目前对于瑞萨来说，最重要的事情是尽快适应与IDT的并购，以及实现"1+1大于2"的效果。

据IDT的财报，近些年其毛利率在60%以上，2014—2018年复合增长率更是高达148%，而且其技术和产品恰好符合瑞萨电子下注的 汽车 业务，其数据中心与通信基础设施也会为瑞萨开辟更大的市场。2019年瑞萨与IDT的收购案终于达成，瑞萨也一跃成为日本最大的半导体公司。
目前瑞萨全球销售额7600亿日元，全球19000员工。从财报来看，瑞萨电子收入7570亿日元。

"面向 汽车 电子的半导体产品是瑞萨的代表业务。从应用领域来看， 汽车 领域销售额约占总销售额的一半，很难找到一辆完全不使用瑞萨电子产品的 汽车 。"——这是瑞萨电子中国董事长真冈朋光在今年举行的CITE中国信息博览会上的发言。

汽车 市场当然是瑞萨最重要的市场之一。根据srategy Analytics2018提供的数据，瑞萨电子在2017年的 汽车 MCU/SOC市场份额众，包括动力总成、xEV、车身、底盘与安全、信息 娱乐 &仪表相关的车用芯片均排名第一。

此外，2017年瑞萨发布了一个ADAS及自动驾驶平台Renesas Autonomy，同时发布的还有R-CarV3M SoC，该芯片配有2颗ARM CortexA53、双CortexR7锁步内核和1个集成ISP，可满足符合ASIL-C级别功能安全的硬件要求，能够在智能摄像头、全景环视系统和雷达等多项ADAS应用中进行扩展。除了R-Car系列产品外，瑞萨也有针对雷达传感器的专业处理器芯片如RH850/V1R-M系列。

应该说R-Car系列是瑞萨进军自动驾驶的切入点。此前推出的第三代产品R-CarH3/M3已经具有L2等级的自动驾驶需求。只不过作为一家日系公司，瑞萨在自动驾驶领域的布局显得异常低调。
作为日本最大的半导体厂商，瑞萨的目标绝不仅仅是 汽车 市场，物联网市场也是瑞萨的布局重点。

5月28日，瑞萨电子2019产品及系统方案研讨会——厦门站正式召开。在此次活动上，瑞萨不仅展示了自己的多款嵌入式解决方案，还首次展示了IDT的多款物联网解决方案，以及融合了瑞萨与IDT双方技术的系统级解决方案。

瑞萨切入物联网领域，在今年重点推广的主要有两大技术：DRP技术和低功耗的SOTB技术。

提到瑞萨在物联网领域的布局，不得不提到瑞萨在今年重点推广的DRP技术和低功耗的SOTB技术。

DRP技术，简单来说就是本地的嵌入式AI解决方案，可以取代以往的云端AI计算能力。

在商汤、旷视等各大AI芯片厂商以及Nvidia、Intel、高通等传统半导体厂商纷纷布局嵌入式AI的今天，瑞萨的DRP有什么亮点呢？

据了解，瑞萨独有的DRP技术，是一种动态可编程的处理器，可以按照不同的时间把动态逻辑编程，这特别适合应用在图像处理等应用上。DRP中有AI -MAC，有大量的计算单元，可以来实现卷积运算。

此外，相比目前市场上的通用的嵌入式AI芯片，如MCU、DSP、FPGA，瑞萨DRP可以做到10~100倍的强大处理能力，而功耗则降低很多。据了解，这个DRP的主频只有60Mhz，而处理能力则比A9 MCU要快13倍。
SOTB技术，则是一种极低功耗技术，可以让MCU的电流消耗降低到传统电流的十分之一。简单来说，这种技术让不需要电池的模式成为可能。

由于采用了无掺杂的晶体管，对比传统的平面式晶体管的淤积特性变化，可以在超低电压下进行稳定的 *** 作，比如05伏左右。如果传统的MCU采用3V的纽扣电池供电，可能一个月后就没电了。

如果采用STB技术到MCU，由于本身需要的电流非常低，可能3μA就够了，这个功耗几乎可以忽略不计，可以实现无间断的工作。再配合低功耗的DRP嵌入式AI方案，整个系统就可以做到低时延、安全、低功耗。瑞萨电子也强调，其超低功耗的产品可保证设备10年左右不换电池，这是其技术优势所在。
陈建明部表示，SOTB技术的推广将分三步走，第一步主要是替换需要更换电池的各类MCU应用；第二步预计到2021年在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU。比如智能家电、智能楼宇等。第三步则将SOTB和E-AI技术共同加入进来，做成完整的解决方案，在农业、智能交通等领域都可以用到。
在6月12日在日本京都召开的2019年度"VLSI和电路技术专题研讨会上，瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS（双晶体管-金属氧化氮氧化硅）闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用，该控制器专门用于能量采集应用。与非SOTB 2T-MONOS闪存（约需50μA/MHz读取电流）相比，新技术实现的读取电流仅6μA/MHz左右，等效于022 pJ/bit的读取能耗，达到MCU嵌入式闪存最低能耗级别。这项新技术还有助于在R7F0E上实现20μA/MHz的低有效读取电流，达到业界最佳。

值得一提的是，能量收集技术的迅猛发展，使智能穿戴设备的自我供能有望成为现实。比如手环、耳机等可穿戴设备目前受限最大的就是功耗问题，而瑞萨下一步将在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU，很明显穿戴产品将大大受益。

我们有理由展望不久的未来，采用瑞萨的SOTB技术的能量采集系统将在智能手表等穿戴类设备中大显神威。

1、华胜天成

华胜天成的业务方向涉及云计算、大数据、移动互联网、物联网、信息安全等领域，业务领域涵盖IT产品化服务、应用软件开发、系统集成及增值分销等多种IT服务业务，是中国最早提出IT服务产品化的公司。

2、必创科技

无线传感器网络是物联网产业发展的基础和核心，受到国家政策的大力支持。公司是国内最早从事无线传感器网络相关产品研发、生产的企业之一。

3、凤凰光学

2016年12月9日，凤凰光学披露最新收购预案，拟以2215元/股发行3255万股，作价721亿元，购买海康科技100%股权。

海康科技的主营业务为智能控制器、物联网产品、智能设备的研发、生产和销售，其中智能控制器业务收入占比最高，物联网业务是海康科技的重点发展方向。交易后，凤凰光学将新增加海康科技的智能控制器、物联网、智能设备等业务。

4、汇顶科技

汇顶科技正式宣布进军NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)领域，通过并购全球领先的半导体蜂窝IP提供商——德国CommSolid。

整合其全球的超低功耗移动无线基带技术优势与汇顶科技位于美国加州的射频芯片设计及相关技术研发力量，加速公司在NB-IoT领域的战略布局，为全球客户提供差异化的蜂窝物联网系统级芯片(System-on-Chips)解决方案，合力开拓千亿规模NB-IoT市场。

5、力源信息

公司拟以每股1144元的价格定增1239万股，以142亿元收购鼎芯无限35%股权，交易完成后，公司将持有鼎芯无限100%股权。交易对方承诺鼎芯无限2015年至2017年净利分别不低于3750万元、4500万元、5400万元。鼎芯无限是一家专注于物联网综合解决方案的IC产品技术型分销商。

参考资料来源：百度百科—华胜天成

参考资料来源：百度百科—北京必创科技有限公司

参考资料来源：百度百科—凤凰光学

参考资料来源：百度百科—深圳市汇顶科技股份有限公司

参考资料来源：百度百科—武汉力源信息技术股份有限公司

过去几十年，全球半导体行业增长主要受台式机、笔记本电脑和无线通信产品等尖端电子设备的需求，以及基于云计算兴起的推动。这些增长将继续为高性能计算市场领域开发新应用程序。

首先，5G将让数据量呈指数级增长。我们需要越来越多的服务器来处理和存储这些数据。2020年Yole报告，这些服务器核心的高端CPU和GPU的复合年增长率有望达到29%。它们将支持大量的数据中心应用，比如超级计算和高性能计算服务。在云 游戏 和人工智能等新兴应用的推动下，GPU预计将实现更快增长。例如，2020年3月，互联网流量增长了近50%，法兰克福的商业互联网数据交换创下了数据吞吐量超过每秒91兆兆位的新世界纪录。

第二个主要驱动因素是移动SoC——智能手机芯片。这个细分市场增长虽然没有那么快, 但这些SoC在尺寸受限的芯片领域对更多功能的需求，将推动进一步技术创新。

除了逻辑、内存和3D互联的传统维度扩展之外，这些新兴应用程序将需要利用跨领域的创新。这需要在器件、块和SoC级别进行新模块、新材料和架构的改变，以实现在系统级别的效益。我们将这些创新归纳为半导体技术的五大发展趋势。

趋势一:摩尔定律还有用，将为半导体技术续命8到10年…

在接下来的8到10年里，CMOS晶体管的密度缩放将大致遵循摩尔定律。这将主要通过EUV模式和引入新器件架构来实现逻辑标准单元缩放。

在7nm技术节点上引入了极紫外(EUV)光刻，可在单个曝光步骤中对一些最关键的芯片结构进行了设计。在5nm技术节点之外(即关键线后端(BEOL)金属节距低于28-30nm时)，多模式EUV光刻将不可避免地增加了晶圆成本。最终，我们希望高数值孔径(High-NA) EUV光刻技术能够用于行业1nm节点的最关键层上。这种技术将推动这些层中的一些多图案化回到单图案化，从而提供成本、产量和周期时间的优势。

Imec对随机缺陷的研究对EUV光刻技术的发展具有重要意义。随机打印故障是指随机的、非重复的、孤立的缺陷，如微桥、局部断线、触点丢失或合并。改善随机缺陷可使用低剂量照射，从而提高吞吐量和成本。

为了加速高NA EUV的引入，我们正在安装Attolab，它可以在高NA EUV工具面世之前测试一些关键的高NA EUV材料(如掩膜吸收层和电阻)。目前Attolab已经成功地完成了第一阶段安装，预计在未来几个月将出现高NA EUV曝光。

除了EUV光刻技术的进步之外，如果没有前沿线端(FEOL)设备架构的创新，摩尔定律就无法延续。如今，FinFET是主流晶体管架构，最先进的节点在6T标准单元中有2个鳍。然而，将鳍片长度缩小到5T标准单元会导致鳍片数量减少，标准单元中每个设备只有一个鳍片，导致设备的单位面积性能急剧下降。这里，垂直堆叠纳米薄片晶体管被认为是下一代设备，可以更有效地利用设备占用空间。另一个关键的除垢助推器是埋地动力轨(BPR)。埋在芯片的FEOL而不是BEOL，这些BPR将释放互连资源路由。

将纳米片缩放到2nm一代将受到n-to-p空间约束的限制。Imec设想将Forksheet作为下一代设备。通过用电介质墙定义n- p空间，轨道高度可以进一步缩放。与传统的HVH设计相反，另一个有助于提高路由效率的标准单元架构发展是针对金属线路的垂直-水平-垂直(VHV)设计。最终通过互补场效应晶体管(CFET)将标准cell缩小到4T，之后充分利用cell层面上的第三维度，互补场效应晶体管通过将n-场效应晶体管与p-场效应晶体管折叠。

趋势2: 在固定功率下，逻辑性能的提高会慢下来

有了上述的创新，我们期望晶体管密度能遵循摩尔所规划的路径。但是在固定电源下，节点到节点的性能改进——被称Dennard缩放比例定律，Dennard缩放比例定律（Dennard scaling）表明，随着晶体管变得越来越小，它们的功率密度保持不变，因此功率的使用与面积成比例；电压和电流的规模与长度成比例。

世界各地的研究人员都在寻找方法来弥补这种减速，并进一步提高芯片性能。上述埋地电力轨道预计将提供一个性能提高在系统水平由于改进的电力分配。此外，imec还着眼于在纳米片和叉片装置中加入应力，以及提高中线的接触电阻(MOL)。

二维材料如二硫化钨(WS2)在通道中有望提高性能，因为它们比Si或SiGe具有更强的栅长伸缩能力。其中基于2d的设备架构包括多个堆叠的薄片非常有前景，每个薄片被一个栅极堆叠包围并从侧面接触。模拟表明，这些器件在1nm节点或更大节点上比纳米片的性能更好。为了进一步改善这些器件的驱动电流，我们着重改善通道生长质量，在这些新材料中加入掺杂剂和提高接触电阻。我们试图通过将物理特性(如生长质量)与电气特性相关联来加快这些设备的学习周期。

除了FEOL, 走线拥挤和BEOL RC延迟，这些已经成为性能改善的重要瓶颈。为了提高通径电阻，我们正在研究使用Ru或Mo的混合金属化。我们预计半镶嵌(semi-damascene)金属化模块可同时改善紧密距金属层的电阻和电容。半镶嵌(semi-damascene) 可通过直接模式和使用气隙作为介电在线路之间(控制电容增加)

允许我们增加宽高比的金属线(以降低电阻)。同时，我们筛选了各种替代导体，如二元合金，它作为‘good old’ Cu的替代品，以进一步降低线路电阻。

趋势3:3D技术使更多的异构集成成为可能

在工业领域，通过利用25D或3D连接的异构集成来构建系统。这些有助于解决内存问题，可在受形状因素限制的系统中添加功能，或提高大型芯片系统的产量。随着逻辑PPAC(性能-区域-成本)的放缓，SoC 的智能功能分区可以提供另一个缩放旋钮。一个典型的例子是高带宽内存栈(HBM)，它由堆叠的DRAM芯片组成，这些芯片通过短的interposer链路直接连接到处理器芯片，例如GPU或CPU。最典型的案例是Intel Lakefield CPU上的模对模堆叠， AMD 7nm Epyc CPU。在未来，我们希望看到更多这样的异构SOC，它是提高芯片性能的最佳桥梁。

在imec，我们通过利用我们在不同领域(如逻辑、内存、3D…)所进行的创新，在SoC级别带来了一些好处。为了将技术与系统级别性能联系起来，我们建立了一个名为S-EAT的框架(用于实现高级技术的系统基准测试)。这个框架可评估特定技术对系统级性能的影响。例如:我们能从缓存层次结构较低级别的片上内存的3D分区中获益吗如果SRAM被磁存储器(MRAM)取代，在系统级会发生什么

为了能够在缓存层次结构的这些更深层次上进行分区，我们需要一种高密度的晶片到晶片的堆叠技术。我们已经开发了700nm间距的晶圆-晶圆混合键合，相信在不久的将来，键合技术的进步将使500nm间距的键合成为可能。

通过3D集成技术实现异质集成。我们已经开发了一种基于sn的微突起互连方法，互连间距降低到7µm。这种高密度连接充分利用了透硅通孔技术的潜力，使>16x更高的三维互联密度在模具之间或模具与硅插接器之间成为可能。这样就大大降低了对HBM I/O接口的SoC区域需求(从6 mm2降至1 mm2)，并可能将HBM内存栈的互连长度缩短至多1 mm。使用混合铜键合也可以将模具直接与硅结合。我们正在开发3µm间距的模具到晶圆的混合键合，它具有高公差和放置精度。

由于SoC变得越来越异质化，一个芯片上的不同功能(逻辑、内存、I/O接口、模拟…)不需要来自单一的CMOS技术。对不同的子系统采用不同的工艺技术来优化设计成本和产量可能更有利。这种演变也可以满足更多芯片的多样化和定制化需求。

趋势4:NAND和DRAM被推到极限;非易失性存储器正在兴起

内存芯片市场预测显示，2020年内存将与2019年持平——这一变化可能部分与COVID-19减缓有关。2021年后，这个市场有望再次开始增长。新兴非易失性存储器市场预计将以>50%的复合年增长率增长，主要受嵌入式磁随机存取存储器(MRAM)和独立相变存储器(PCM)的需求推动。

NAND存储将继续递增，在未来几年内可能不会出现颠覆性架构变化。当今最先进的NAND产品具有128层存储能力。由于晶片之间的结合，可能会产生更多的层，从而使3D扩展继续下去。Imec通过开发像钌这样的低电阻字线金属，研究备用存储介质堆，提高通道电流，并确定控制压力的方法来实现这一路线图。我们还专注于用更先进的FinFET器件取代NAND外围的平面逻辑晶体管。我们正在 探索 3D FeFET与新型纤锌矿材料，作为3D NAND替代高端存储应用。作为传统3D NAND的替代品，我们正在评估新型存储器的可行性。

对于DRAM，单元缩放速度减慢，EUV光刻可能需要改进图案。三星最近宣布EUV DRAM产品将用于10nm (1a)级。除了 探索 EUV光刻用于关键DRAM结构的模式，imec还为真正的3D DRAM解决方案提供了构建模块。

在嵌入式内存领域，我通过大量的努力来理解并最终拆除所谓的内存墙，CPU从DRAM或基于SRAM的缓存中访问数据的速度有多快如何确保多个CPU核心访问共享缓存时的缓存一致性限制速度的瓶颈是什么 我们正在研究各种各样的磁随机存取存储器(MRAM)，包括自旋转移转矩(STT)-MRAM，自旋轨道转矩(SOT)-MRAM和电压控制磁各向异性(VCMA)-MRAM)，以潜在地取代一些传统的基于SRAM的L1、L2和L3缓存(图4)。每一种MRAM存储器都有其自身的优点和挑战，并可能通过提高速度、功耗和/或内存密度来帮助我们克服内存瓶颈。为了进一步提高密度，我们还在积极研究可与磁隧道结相结合的选择器，这些是MRAM的核心。

趋势5:边缘人工智能芯片行业崛起

边缘 AI预计在未来五年内将实现100%的增长。与基于云的人工智能不同，推理功能是嵌入在位于网络边缘的物联网端点(如手机和智能扬声器)上的。物联网设备与一个相对靠近边缘服务器进行无线通信。该服务器决定将哪些数据发送到云服务器(通常是时间敏感性较低的任务所需的数据，如重新培训)，以及在边缘服务器上处理哪些数据。

与基于云的AI(数据需要从端点到云服务器来回移动)相比，边缘 AI更容易解决隐私问题。它还提供了响应速度和减少云服务器工作负载的优点。想象一下，一辆需要基于人工智能做出决定的自动 汽车 。由于需要非常迅速地做出决策，系统不能等待数据传输到服务器并返回。考虑到通常由电池供电的物联网设备施加的功率限制，这些物联网设备中的推理引擎也需要非常节能。

今天，商业上可用的边缘 AI芯片，加上快速GPU或ASIC，可达到1-100 Tops/W运算效率。对于物联网的实现，将需要更高的效率。Imec的目标是证明推理效率在10000个Tops /W。

通过研究模拟内存计算架构，我们正在开发一种不同的方法。这种方法打破了传统的冯·诺伊曼计算模式，基于从内存发送数据到CPU(或GPU)进行计算。使用模拟内存计算，节省了来回移动数据的大量能量。2019年，我们演示了基于SRAM的模拟内存计算单元(内置22nm FD-SOI技术)，实现了1000Tops/W的效率。为了进一步提高到10000Tops/W，我们正在研究非易失性存储器，如SOT-MRAM, FeFET和基于IGZO（铟镓锌氧化物）的存储器。

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