解析中国模拟芯片的发展之路

       今年年初，TowerJazz Semiconductor正式启用新品牌，更名为Tower Semiconductor（以下简称TowerSemi）。该公司表示，启用新的品牌标识将更好地反映公司的全球业务和实力，公司将致力于提供最高价值的模拟芯片制造解决方案。
       近日，TowerSemi负责中国区运营的全球副总裁秦磊在ICCAD 2020上就介绍了5G运用中的模拟芯片，以及TowerSemi为模拟芯片提供的专业代工能力。会后，秦磊还谈到了国产模拟芯片的发展之路。
5G时代的专业代工平台
       秦磊指出，5G给整个芯片市场带来了很多增量，许多芯片的新应用都是围绕着5G发展。而在5G运用中，模拟芯片的作用至关重要。按运用角度来划分，5G相关的模拟芯片主要包括射频、电源和传感器三个方面。
       秦磊表示，射频芯片是5G到来以后变化最大的芯片，而5G射频芯片主要应用于5G手机前端模组和5G基站上。随着性能要求越来越高和市场需求越来越大，在5G射频芯片的制造端，SOI和锗硅工艺的发展十分迅速，用量也在急剧增加。
      
       5G目前主要包括Sub-6GHz和毫米波两个频段，国内普遍应用的是Sub-6 GHz，而该频段对RF SOI工艺的一些参数提出了高要求。秦磊表示：“模拟芯片与数字芯片不同，其制造过程并不强调工艺节点的精进，而是对Ron×Coff、高功率处理、高数字密度、低噪声等参数有着更高要求。”
       据秦磊介绍，TowerSemi的SOI工艺在8英寸平台从QT1发展到QT9，Ron×Coff已经从第一代的200fs降低到了100fs以下。同时，TowerSemi还在12英寸平台同步发力，由于起步时间较8英寸较晚，第一代的TPS90RS工艺已经能够和8英寸平台的QT9持平，而现在推出的TPS65RS的Ron×Coff已经降低到80fs左右。
       关于8英寸和12英寸平台在技术需求上的区别，秦磊表示，8英寸平台发展到QT8和QT9以后，TowerSemi更注重大功率的发展。而12英寸平台由于是在65nm节点，其数字方面具有一定优势，因此LNA在12英寸平台更具有成本优势，而且目前5G PA模组中天线开关和LNA整合芯片已经是大势所趋，所以12英寸平台在这方面也更有优势。
       5G开始普及之后，除了手机前端市场爆发，基站的数量也开始剧增。秦磊表示，5G与4G区别最大的地方就是基站覆盖范围变小，在此情况下， 基站的数量就比以往要多。而基站与基站之间都是靠光通信的电缆在通讯，所以光通信芯片在5G基站应用中也开始爆发。
       TowerSemi在光通信芯片代工方面目前主流的工艺平台包括SBC18H3和SBC18H5，两个平台的区别在于Bipolar管子的频率不同，SBC18H3的Ft能达到240GHz，而SBC18H5的Ft则能达到300GHz。
       秦磊透露，由于目前低于100GHz光通信芯片产品仍然是出货量的主力，所以大多数客户都会选择TowerSemi的SBC18H3平台。目前，在100GHz以下的光通信芯片晶圆生产领域，TowerSemi拥有60%以上的市占率。
       在电源模拟芯片代工方面，TowerSemi是第一个直接从0.18μm转到65nm工艺的代工厂。“大家可能会认为65nm会比0.18μm更贵，实际上由于mask 层次与0.18um基本保持一致，加上Rdson的降低，芯片成本会比0.18um更加具有优势。”秦磊如是说。
       在传感器芯片代工方面，秦磊着重提到了身份识别领域。他表示，无论是带光学镜头的光学指纹识别模组、超薄方案的光学指纹模组，还是用于人脸识别的结构光和ToF模组，TowerSemi的CIS工艺都可以为客户提供解决方案。
       除了介绍TowerSemi的专业工艺平台，秦磊还谈到了最近十分火热的产能问题。据秦磊介绍，目前TowerSemi在全球有7座工厂，以往公司经常会出现一个厂满载而另一个厂产能利用率不足的问题，因此公司近两年把所有主要工艺平台覆盖到2~3个工厂，来增加产能调配的灵活性。
       探寻模拟芯片发展之路
       近几年，TowerSemi中国区的业务成长率排在全球的第一位。秦磊表示，中国区业务对于公司而言已经是举足轻重的地位。
       尽管国内模拟芯片厂商已经取得了长足的进步，但仍然与国外厂商还有较大差距。目前，模拟芯片市场规模大约为1000亿美元，占全球半导体市场的22%。中国模拟IC年需求量超过2000亿人民币，占全球整个模拟IC市场的60%，但国产率低于15%。
       秦磊指出，中国模拟芯片的发展主要面临产品性能不足和高端人才欠缺两大痛点。
    “就终端用户而言，他们对于模拟芯片的选择仍然是产品性能指标，目前国内产品的性能和国际大厂的高端产品还是有一定差距。譬如射频PA产品，最重要的是效率、最大输出功率、线性度等指标的比拼。”秦磊说，“产品性能之所以有差距，正是因为高端人才的欠缺。国内不是没有人才，而是没有太多的具有多年经验的高端人才。做高端数字芯片研发需要上百上千的研发工程师，但设计模拟芯片往往更需要两三个经验丰富的高端人才。”
       值得一提的是，国内一些模拟芯片厂商开始选择IDM的模式，针对产品需求来调试自身的工艺，让设计和工艺的结合度更紧密，靠工艺来弥补设计参数上的劣势。
       对此，秦磊表示，IDM模式确实具有一定优势，但眼下模拟芯片更为成功的模式就是Fabless，近期国内模拟芯片上市公司或者准上市公司几乎都是Fabless企业。设计与制造分工是国际半导体行业的趋势之一，这样可以为产品公司摆脱晶圆生产工厂的巨大的投资以及后期工厂营运的财务压力。当然，相比数字芯片公司而言，模拟芯片公司需要与Foundry在技术上保持更加紧密的联系。
       针对模拟芯片设计公司的代工需求，秦磊指出，TowerSemi不单单是强调工艺平台，而是以市场需求为导向，针对具体应用的产品来衍生到工艺的优化。因此，尽管不能做到为所有客户定制化调整工艺，但TowerSemi基于与各个产品领域的全球领先模拟芯片Fabless企业的多年合作，也能用标准化工艺为客户提供符合市场需求的专业模拟芯片代工能力。
       秦磊还表示，模拟芯片领域的产品研发周期十分重要，而TowerSemi专业的Design Enablement能力能帮助模拟芯片设计公司快速地推出产品，这将帮助国内厂商提升产品竞争力，抢夺市场份额。由于模拟芯片的仿真比数字芯片难度更高，TowerSemi仿真模型的高精准度和PDK文件的全面度，收到了所有用户的高度认同，为新产品第一次试生产成功起到了强有力的帮助，这一点对于国产模拟芯片在市场中突围也至关重要。
    “一般来说，数字芯片的成功有70%在于设计，30%则在于工艺平台的助力。而对于模拟芯片而言，工艺平台的贡献度远高于30%。”秦磊说，“尽管TowerSemi这样的代工厂可以一定程度上给予帮助，但国内模拟芯片厂商想要迅速缩小与国际大厂的差距，还需要通过自身多方面的补强。”
       秦磊强调，国内厂商补强的第一大因素是公司的研发能力。模拟芯片公司在研发上必须要持续投入，尽量使产品线完整化，而不依靠单独一到二颗产品打天下。同时，把产品性能真正做上去。而补强的第二大因素就是与大的系统厂商进行深层次的合作。首先，产品性能一定要得到系统厂商的认可，而不是仅仅停留在demo测试结果。第二，大的系统厂商可以从用户端对产品提出更高要求的指标，这样可以帮助模拟芯片公司对新产品进行定义，以及快速提升一条产品线的综合性能。另外，芯片公司也可以持续稳定的得到订单。