為什麼說SOI工藝是「中國芯」破局利器？我們採訪了國際晶元巨頭

業內人士普遍認為，28nm工藝可以撐很久，而且當工藝再往下走的話，SOI會越來越有優勢。

「SOI作為晶元產業極其重要的一環，在中國要發展起來的話，必須要得到政府的支持和力推，這樣就能有效地避免受某一國家的制約。」

在上周五（4月20日），工信部IC人才交流中心舉辦的「2018年物聯網技術和應用研討會」上，法國Soitec公司全球副總裁兼中國區總經理林博文的這番話得到了現場嘉賓的普遍認可。

Soitec S.A.公司（以下簡稱Soitec）總部位於法國南部格勒諾布爾近郊，是一家生產創新性半導體材料的科技公司。Soitec擁有約3600項專利和全世界最先進的FD－SOI工藝，它所掌握的SmartCut技術使其具備的生產全球最好的SOI矽片的技術實力。目前，Soitec在法國、美國、新加坡和中國等全球各地擁有製造及研發基地。

毫無疑問的是，Soitec正在釋放一種信號，表明他們對中國市場的重視程度又上了一個新的高度。這也是自中興事件之後，有此明確表態的第一家國際性（除美國外）半導體公司。結合業界對國內SOI工藝前景的熱捧（眾多產業界人士認為，FD-SOI工藝將是中國晶元產業實現彎道超車的唯一希望），似乎可以窺探到它的「野望」。

依託超低功耗和超強可靠性

「SOI晶元的優勢正在穩步擴大

SOI（Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅）技術是在頂層硅和背襯底之間引入了一層氧化埋層。通過在絕緣體上形成半導體薄膜，SOI材料具有了體硅所無法比擬的優點：可以實現集成電路中元器件的介質隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應。

此外，採用這種材料製成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用於低壓低功耗電路等優勢，因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術。

通常根據在絕緣體上的硅膜厚度將SOI分成薄膜全耗盡FD（Fully Depleted）結構和厚膜部分耗盡PD（Partially Depleted）結構。

總體上看，SOI晶元跟一般的硅底工藝SoC晶元的最大區別是前者比後者多了一個絕緣層。因為把集成電容基本上隔絕掉了，所以使用SOI工藝生產的晶元功耗更低、運算速度更快。

目前國內使用SOI工藝的晶元廠家數量相對較少，只有中芯國際（FD-SOI和FinFET兩種工藝都有）、成都格芯、上海新傲科技和華力微電子（二期晶圓廠）等幾家，主要的工藝種類為FD-SOI。不過，雖然廠家為數不多，但整體工藝水平卻與世界先進水平相差不大，尤其是中芯國際和華力微電子的28Nm製程已經逼近世界頂尖。

圖 | 左：Soitec全球副總裁兼中國區總經理林博文 右：鎂客網主編王剛

在SOI晶元的市場定位和發展前景上，林博文認為，雖然由於加了絕緣層而導致晶元的價格稍稍偏貴，另外從時間上來說SOI工藝發展稍晚了一步，以至於智能手機的那一波應用熱潮沒有趕上。但是，在物聯網和車聯網這些要求超低功耗和可靠性認證的應用場景下，SOI晶元還是具有更大優勢的。

眾所周知，在晶元領域中國從來都不是先導者。絕大多數的國內半導體公司，一般都是在看到別人先做之後再去模仿，而SOI工藝自動誕生以來就受到了越來越多的追捧。

最早的是AMD在做，當時的X86系統就是基於SOI晶元而開發的，另外有著民族驕傲美譽的龍芯也是（龍芯3A3000晶元採用ST意法半導體 28nm SOI工藝流片），所以一直以來SOI工藝的應用都在持續擴寬中。

但當時SOI襯底晶元的最大劣勢是技術起步稍晚，所以導致它的AP處理器（SoC）IP發展稍微慢了些。由於之前台積電、英特爾等走的是SoC晶元路線，其IP走的比較遠，帶動了相應的生態產業路線，由此就使得兩者之間的有些差距。不過，SOI的產業生態圈，隨者格芯成都（格羅方德中國合資工廠）的落地，國內外IP公司的投入和國際晶元大廠的設計使用，已漸入佳境而頗具規模。

事實上，業內關於FD-SOI與FinFET工藝的優劣歷來各執一詞，儘管或許FinFET目前在高密集運算（能耗大，比較熱）佔據上風，但FD-SOI卻在低功耗，防輻射，低軟錯誤率，耐高溫和EMC，和車載可靠性 (body biased)方面有著無可比擬的優勢。目前採用FinFET工藝的主要有英特爾、台積電、中芯國際、聯電等，而IBM、意法半導體、三星、高塔半導體、格芯（原「格羅方德」）等卻是FD-SOI工藝的忠實擁躉。

業內人士普遍認為，28nm工藝可以撐很久，而且當工藝再往下走的話，SOI會越來越有優勢。因此，這一製程也被認為是FD-SOI和FinFET的分水嶺。對於中國晶元產業來說，想要儘快追趕國際最高水平，FinFET工藝前路漫漫且困難重重、遍地火焰，但FD-SOI卻是一片廣闊的藍海，觸手可及。

對此，林博文說：「但是目前到了28nm級別，這算是一個分界點。到了這個節點，技術可以很輕鬆的從SoC轉換到SOI工藝，而且目前所有的EDA工具也都支持這種轉變。」

「（SOI工藝）最大的好處就是你的工序會少很多，尤其是10nm以下，多一道工序就會多幾十美金，多幾十道工序就是好幾百美金。這樣來說，生產出來的每一塊SOI晶元的成本都會有明顯的降低。」

這樣也會使得國內的廠家越來越多的開始樂意使用這種技術。比如近期比較熱門的物聯網方面和射頻方面，已經越來越成為主流方向了，包括台積電、聯電、中芯國際、華力等都在提供射頻SOI的工藝給客戶。

根據Marketsand Markets 最新預估，SOI市場在2017-2022年期間平均複合成長率將達29.1%，2022年市場價值將有望達到18.6億美元。

SOI之所以能快速增長，主要來自消費類電子市場增長、成本下降以及晶元對於低工耗功能的需求快速攀升。值得一提的是，SOI晶元在國內很多細分市場的佔有率愈發可觀，尤其是手機射頻領域，其佔有率甚至達到了80-90%。

所以從這幾個方面來衡量，SOI晶元在國內的發展前景應該不會存在什麼問題，它的優勢正在穩步擴大。

政府應大力扶持SOI

避免晶元產業受制於人

目前，作為掌握全球最先進的SOI晶元大廠，Soitec正努力推進這一工藝在中國市場的發展。不過，這顯然還不夠。

對此，林博文認為，作為晶元產業極其重要的一環，SOI在中國要發展起來的話，就必須要得到政府的支持和力推。這樣，不僅可以重塑國內產業格局、拓寬技術路線，更為重要的是，是能有效地避免「國之命門」受某一國家的制約。

「比如像華虹華力、中芯國際這些國內一線廠商，尤其需要更多的提供這些工藝給客戶，以利於晶元產業儘快實現多線發展。」

關於這一點，教訓最深的莫過於這次的中興事件。

「我們跟中興有著很深的淵源，包括我個人也在中興有很多的老朋友，站在我的位置，我不能為中興說什麼，也不好說什麼。但是我覺得他們度過這一關不是什麼難題，這件事情對中國整個IC產業來說也不是什麼大不了的事情。」

「看這次中興一被禁售馬上就很被動，中國的『無芯之痛』和危機徹底曝露了。晶元技術需大量密集資金且周期長、需要先進技術，無法『山寨』；此外，追趕亦需時間，更需精進技術，不是靠『有錢任性』或『絕不坐以待斃』的民族主義和『舉國體制』就能克服。」

「中興之痛是中國科技界共同的芯痛。不過危機也是轉機，或許經過這件事，在反省之餘可以認識到自己半導體產業的劣勢和不足，對中國未嘗不是塞翁失馬。」

首先，沒有一個國家能做全整個供應鏈，中國也不是和全世界在進行貿易戰。

第二，有些集成電路現階段沒有，並不表示中國公司做不出來，因為有些IC沒有是由於分工的原因，或者市場慣性的原因。另外，還有些公司為了短期報表而有意選擇不做。

第三，大多數的終端設備、基站生產在中國，別的國家很少，美國政府這樣做實際上是在試圖懲罰重要買家，結果是殺敵一千自損八百，在全世界找中興這種個頭的買家並不是那麼多。

第四，這會促進中國下決心開發自己的晶元和軟體，這實際上對中國通訊業界並不是很難，只是時間問題。從長遠來看，對美國晶元產業不利。

第五，中興自己這次會受傷，因為產品路線圖和架構已經定了，轉換需要時間，而且市場也被封了。

第六，如果美國政府十二年前做這件事情，結果對中國就會糟糕得多，但現在殺傷力並不足以致命。

Soitec有意在中國建廠

但要先把市場做起來

現在，Soitec在中國主推的是射頻、數字、MEMS和圖像、硅光、電源方面的襯底晶元。而對於一些特定模擬應用如電源類的晶元，在生產工藝上由於28nm領先了好幾代，出於成本考慮，目前只在數字和射頻晶元用上了這一工藝。其他領域如車載、人工智慧、區塊鏈和物聯網應用，由於很多國內的電源類的晶元公司都還停留在較老的工藝上（0.18um or 0.13um），因此目前尚未實現大規模量產階。

「我們跟新傲科技（Soitec的中國合作企業）的關係很深，他們的母公司中科院上海微系統與信息技術研究所是我們的大股東，本來是佔14.5%，後來為了回本就賣了2.5%，現在是占股12%。」林博文說到。

作為一家法國公司，Soitec基本不會受到類似中興事件的貿易爭端的影響。

「另外，Soitec還是新傲科技的股東之一。雙方的合作是我們用新傲的產能，當我們產能不足的時候，就會把單子給他們來做。基本是這樣。」

目前，Soitec與上海新傲科技合資的工廠（新傲買了Soitec 的Line sens，同樣擁有此項授權的還有日本的信越、Sieko，另外也有台灣廠家在用）合作主要集中在射頻方面，已經於2017年開始量產8英寸SOI晶圓，而後者也在制定12吋晶圓的未來生產計劃。

「你知道，中國的廠家一般規模比較小，用的也都是比較老的工藝。像28nm這種先進的工藝一般用不到，一般客戶覺得0.18um就已經很好用了，因為便宜嘛——雖然這不一定是最好的性價比，也不利於國內晶元產業工藝水平的提高。但是基於對產業應用的判斷，我覺得數字模擬的整合應用BCD的SOI（混合各種功率和電壓）或者3D感測應用就是一個很好的方向，希望國內廠商可以在提高工藝水平的同時能多關注一下。」

鮮為人知的是，關於晶元製造工藝的對比，不同廠商之間的標準和命名一直比較混輪。比如GlobalFoundries（格羅方德）22nm的工藝實際上對應的是台積電的12-14nm，而它的12nm FDX則是對應的7-10nm。事實上，台積電的7nm只相當於英特爾的10Nm工藝。

事實上，中國晶元產業面臨著嚴重的「人才荒」。據工信部軟體與集成電路促進中心（CSIP）發布的《中國集成電路產業人才白皮書（2016-2017）》顯示，目前我國集成電路從業人員總數不足30萬人。但是按總產值計算，整個產業至少需要70萬人，由此可見國內IC人才缺口有多麼的巨大。

正是這種「缺兵少將」的產業現狀，才造成了與國外技術水平的天淵之別，短時間甚至都看不到追趕的希望。

由此，在國外公司巨大技術優勢的「羽翼」下，國內公司更多的做起了「Me too」晶元，因為可以節省研發投入並快速收回成本。對此，林博文認為，雖然這麼做無可厚非，但是中國要想成為一個創新的大國，這條路就肯定是走不通的。

「你看這次中興一被禁售馬上就很被動，就充分說明了這個道理，這對中國的Fabless也是一個警示。不過危機也是轉機，或許經過這件事，大家可以認識到自己的劣勢和不足。」

「我們（Soitec）的想法是，如果當國內市場發展起來之後，未來的三廠肯定會在中國落地，之前我一直跟各地的政府接觸，也有商討過這個事情。但是目前最關鍵的不是落地在哪裡，而是要先把市場做起來，把客戶資源積累起來。有了需求，建廠才有意義。

「而具體落在哪個城市顯然無所謂，咱們中國有順豐嘛（笑~）。當然，如果當地有成熟的產業鏈和良好的政策，就最好了。」

號外：致命的EDA工具和趨利的大基金掌門人

雖然中國在晶元產業上擁有全球最大的消費市場和相對完善的產業生態，但在幾大核心點上的缺失和不足，卻讓我們不得不仰人鼻息。其中，作為產業最核心環節之一的EDA工具上，國內可以稱之為「極弱」，而國家的大基金竟然對此基本沒投過像樣的資金，讓人費解。

「當某一天國外把你所有的EDA工具都鎖掉，那你就會立刻玩完，這個才是最致命的。大多數人不太了解EDA工具對晶元產業的重要性，雖然華大也在弄，但是那都是『點』，而產業真正需要的是『面』的規模，從頭到尾的工具都要有。」林博文說到。

「在這裡，我可以負責任的告訴你，我們各地負責大基金的掌門人，大多數都不懂這些。」

真實的情況是，很多大基金的掌門人原來都是搞財務出身的，只會從投資回報率來看項目，出於各種原因，很少會有人從產業格局和發展趨勢來出發。

這也是國內晶元產業的又一處「病痛」。

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