從車規(guī)級芯片設計制造，三重富士通給出中國集成電路設計升級的策略

　　剛剛閉幕的ICCAD 2017上，一組數據再次讓中國集成電路(IC)設計驚艷了業(yè)界——2017年中國IC設計全行業(yè)銷售收入預計為1945.98億元，同比增長28.15%!根據《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》要求，到2020年中國集成電路產業(yè)設計業(yè)的銷售總額要達到3500億元人民幣，這已然凸顯了1500億元的增長“小目標”。要繼續(xù)保持高增長，無疑中國集成電路設計需要開拓更多更高的技術和市場，而其中隨著中國成為全球汽車制造大國，汽車半導體市場的份額也將不容小覷。

　　研究機構IC Insights的最新半導體產業(yè)驅動因素報告表明，相較PC、通信、消費電子等領域，汽車半導體市場至少在2021年之前都將是增長最強勁的芯片終端應用市場，2017年車用IC銷售量將增加22%，明年將繼續(xù)成長16%!這一強勁增長市場，也是同期參展ICCAD 2017的三重富士通半導體股份有限公司所極為看重的領域，車用集成電路代工是該公司最重要的代工市場之一。

　　圖1：三重富士通市場部部長羅良輔分享車規(guī)級芯片制造開發(fā)與質量管理方案

　　“新能源汽車、自動駕駛等產品升級對芯片的質量提出更嚴苛的要求，芯片設計能力、IP資源以及車規(guī)級芯片Foundry工藝的穩(wěn)定性也成為關鍵所在。”三重富士通半導體股份有限公司市場部部長羅良輔在ICCAD 2017同期舉行的“FOUNDRY與工藝技術”專題論壇演講上指出，“作為一家全球領先的晶圓代工企業(yè)，我們看好中國汽車設計與制造前景，三重富士通半導體希望扮演推動中國IC設計產業(yè)高速增長的推動力!”

　　借Foundry之力助升級芯片設計

　　如今車聯網與自動駕駛領域風起云涌，產品形式及應用功能呈現多元化發(fā)展，如車機中控、智能后視鏡、胎壓監(jiān)測、ADAS雷達等。這些車規(guī)級終端應用市場“全線開花”的背后，是中國IC設計行業(yè)不斷涌入新玩家，進軍傳感器、低功耗MCU以及無線連接等多元化芯片方案領域的結果，這也從ICCAD上報告的中國共有約1380家IC設計企業(yè)的說法中得到印證。

　　圖2：三重富士通已實現55nm制程AEC-Q100 Grade1/2標準的LSI平臺

　　“汽車芯片設計生產，功能安全是首要的要求，因此芯片的高質量和高可靠性非常重要。我們認為確保從設計到芯片流片全程的高質量，芯片設計與后端代工協作極其關鍵。” 羅良輔指出，“我們?yōu)榭蛻籼峁┢嚰?LSI開發(fā)環(huán)境，包括經過市場驗證的AEC-Q100 Grade 1/2/3 IP、ISO26262 IP、5V I/O支持、精準的PDK、汽車DFM、嵌入式的存儲技術，等等。”

　　據羅良輔介紹，三重富士通歷史沿襲以及通過合作購買等擁有大量汽車級IP可供客戶調用。“這些IP包括極高節(jié)能優(yōu)勢的DDC技術、嵌入式存儲技術(eNVM)、，以及對設計經驗要求極高的RF系列IP。”羅良輔指出，“例如自動駕駛功能中應用非常廣泛的圖像處理器(ISP) ，全球很多主要的芯片都是由我們代工。在汽車雷達方面，三重富士通也有自主研發(fā)的技術/IP，并與富士通研究所合作研發(fā)、使用CMOS技術制造毫米波段的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)技術。”，三重富士通已準備好毫米波的Process Design Kit(PDK)，也將成為在車載雷達研發(fā)上也極具競爭力的工藝產品。

　　圖3：三重富士通強調與客戶建立緊密的協作模式

　　據悉，三重富士通當前的工藝覆蓋了從40-90nm節(jié)點的低功耗CMOS技術，提供獨具特色的eNVM、RF工藝選項、毫米波射頻技術。這些對很多車規(guī)級集成電路來說非常重要。“三重富士通本身擁有豐富的基礎IP庫，我們還加強了與Synopsys、Kilopass、Faraday等在基礎IP上的合作，全面解決物聯網芯片制造上的IP資源需求。” 羅良輔強調道，“這些資源對于合作客戶來說都是非常重要的支持，我們希望與中國企業(yè)接觸，在他們設計的早期提供支援。”

　　有意思的是，作為原富士通集團內部的IDM配套制造產線，獨立作為專業(yè)代工企業(yè)僅僅三年的三重富士通其實已經是行業(yè)資深老兵——擁有30年以上制造經驗，其中55nm制程已經十分成熟，如55nm制程打造的AEC-Q100 Grade1標準LSI平臺已被眾多客戶采用，同時40nm工藝相關制程也在量產中。“三重富士通不僅擁有ISO26262認證的知識產權專利，更擁有車規(guī)級DFM(Design For Manufacturability)方案、高精準PDK(Process Design Kit)以及高精準SPICE模型等面向汽車行業(yè)的LSI設計環(huán)境，以確保高質量與穩(wěn)定性并存的晶圓代工制造水平。” 羅良輔指出。

　　圖4：三重富士通擁有眾多解決方案以應對不同芯片的制造需求

　　多維度策略并行，良率93%+的“三重式”質量管理

　　“在滿足各類芯片的制造需求以外，三重富士通更提供車規(guī)級芯片質量管理方案與BCM(Business Continuity Management)防災應急措施，以確保對客戶訂單的持續(xù)供給。這一系列的服務是三重富士通晶圓制程良率高達93%的重要基礎。”羅良輔特別指出。

　　三重富士通具備業(yè)界領先的芯片制造管理技術，如Lot/晶圓追蹤、Preferred tools、WAT管理、缺陷率歸零目標等。在車規(guī)級芯片質量管控方面，除了常見的AEC-Q100標準、-40~125℃工作溫度以外，更有車規(guī)級標準對應的CPK(Capability Process Key)強化(注：三重富士通達到CPK≧1.67)以及優(yōu)化SPC調控等。

　　在BCM防災措施，特別是地震應對措施方面，三重富士通是半導體制造行業(yè)中首家采用了混合隔震結構(AVS)的工廠，在建筑物與地基之間設置了三道隔震裝置，包括板式橡膠支座、剛性滑動軸承以及油減震器，在正常狀況下可將微震的影響控制在最小限度。除此以外，三重富士通更部署了NAS電池、Li-ion capacitor(LIC)雙回路電源供電與設置LNG(液化天然氣)輔助基地等設施，實現廠區(qū)的無間斷供電，保障工廠的穩(wěn)定性連續(xù)生產。

　　羅良輔稱：“為了最大限度地確保廠區(qū)功能安全與人員生命保障，三重富士通對高質量與高可靠性的生產需求始終擺在第一位。”他總結道：“依照ISO14001規(guī)定在奉行‘環(huán)保工廠’的同時，三重富士通確立了ISO9000系列以及基于汽車ISO/TS16949認證的質量保障管理體系，并在BCM防災措施上部署對應措施，從而能夠持續(xù)、高質量地輸出35,000片/月的12寸晶圓產能!”

　　開啟晶圓代工“共享經濟”模式

　　據業(yè)內媒體報道，相比以往第四季度的傳統投片淡季，近期不斷有芯片廠商向上游晶圓代工廠增加投片量的需求，折射出2018年晶圓代工產能恐仍供不應求的狀況。其中，SEMI(國際半導體產業(yè)協會)分析指出，物聯網與汽車電子是推動晶圓需求的主要推手。而另外一面，據悉中國當前約1380家IC設計企業(yè)中，占總數88.62%的企業(yè)則是人數少于100人的小微企業(yè)。“對IC設計的中小企業(yè)而言，過高的流片成本對其而言是一筆必不可少、但又負擔很大的支出。”羅良輔稱，“這在影響中小企業(yè)測試驗證其芯片的同時，也無形中拖延了產品的上市時間，甚至會出現資金回流的問題。”這時，“共享流片”概念的提出為解決這一需求提供了可能性。

　　“Shuttle service是三重富士通面向中小型IC設計企業(yè)推出的靈活流片服務。”羅良輔表示，“這一大批中小IC設計廠商的需求是長期存在的，三重富士通看到了這一點需求，因而順應市場需求推出該項服務。” Shuttle service是三重富士通推出的一項采用55nm以及40nm的CMOS技術實施的MPW(Multi Project Wafer)試驗性服務，通過多名客戶共享掩膜與晶圓的方式實現芯片的低成本制作，。“Shuttle service通過靈活地安排流片排期，提供流程化的完整流片服務，從而最大限度地滿足多名客戶的需求。三重富士通自成立以來，其晶圓代工服務即有口皆碑，我相信這會成為中國、甚至全球客戶的優(yōu)先選擇。”羅良輔在演講結束之際這樣說道。