必一体育这里是芯片揭秘,我是幻实,今天我们要聊的是一家历史非常悠久的公司,同时它也在中国半导体设备行业达到了“航空母舰”级别,在我身边的这位就是来自北方华创微电子的副总裁王娜。王总是芯片揭秘的老朋友了,几年前就做客过我们的沙龙,先请王总和大家打个招呼。
大家好,我是北方华创微电子的王娜,很高兴再次做客芯片揭秘和大家一起交流半导体行业的发展。
今年我发现北方华创微电子的好消息特别多,1月份,你们的高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)进入客户生产线月份,你们实现了PVD设备的工艺全覆盖;3月份,发布了多款12英寸立式炉原子层沉积(ALD)设备。感觉每个月都有好消息,可以和大家分享一下你们最近的发展和规划吗?
好的,大家可能注意到了我们最近推出的都是薄膜类型的设备,其实我们公司也就是致力于开发刻蚀机、
以及一些立式炉管和清洗机,从归类而言,薄膜设备的占比的确非常大,就刚才的数据来看,大概在23%左右,因此,该市场不容小觑。此外,集成电路也一直在迭代发展,也因此带来了不断的新材料、新结构,这也需要对应沉积各种各样的薄膜。大家可能觉得我们在近几个月集中推出了很多新的薄膜设备,其实不然。2008年,我们就开始研发PVD设备,2010年,开始研发原子层沉积设备对应的CVD设备,再往前可以追溯到上世纪五六十年代,可以说我们拥有雄厚的技术积累,另外,我们在集成电路技术上也有20年左右的经验积累。以前的北方华创非常低调,设备研发完成后,只是点对点地和客户进行推广,但渐渐地,客户和投资项目越来越多,因此,我们决定去做一些亮相宣传,像一些大型的展览会,或是在我们的公众号上去正式发布产品,所以最近显得比较密集,但实际上都是长期积累的结果,当然,我们后续也会继续发布各种各样的先进设备。
由此可见,像北方华创微电子这样的龙头企业对行业的引领性非常强。最近,我们也发现AI对算力的需求被大家广泛提及,你们在这方面有没有一些储备或关注呢?关于AI时代对设备公司的影响,您是怎么看的?
说到AI,我觉得很有意思,从去年到今年,我个人在外面演讲的报告主题就一直都没有脱离开过AI这个话题。我记得美国有一项关于半导体近十年发展技术的报告,它提到了AI时代在传感、存储、算力和传输等领域的芯片都需要巨大的创新和进步,才能应对AI时代的到来,而我们现有的水平还远远没有达到。我举一个例子,比如到2032年,地球上需要有45万亿颗传感器,里面对应的就是各种各样的MEMS的传感器芯片,其所需的采集数据已经远远超出了人类的处理能力,因此,这项工作只能交给AI。另外,还有一个限制就是能源,其实地球上的能源既不够AI的存储使用,也不够AI本身使用,而人的功耗很低,大概在15瓦左右。从这个角度来看,人类和AI其实处于一个良好的共生共存关系。
没错,人的算力水平用现在的GPU去实现的线亩地的机房,但其实地球上的能源增长并不会那么快,而AI的算力增长却在指数级地增长,所以像OpenAI的CEO奥特曼等一些名人都提到要有核聚变这样的能源才能去突破现在的瓶颈。
人类有理性脑、行为脑,以及情绪脑,和另外两个脑相比,理性脑更弱一些,这也解释了为什么人很容易受情绪的控制。而AI只有理性脑,但它能耗很高,我们有一些科学探索会用到它。比如它的算力水平很高,一次性能够处理大量的数据,这个能力就比人类要强很多,所以说我们是共生共存关系,因此,我们完全不需要担心AI会取代人类。关于这一点,目前有两个说法,一个是AI会通过武力消灭人类,另一个是AI不需要通过武力消灭人类,只要把人类“宠”得没有任何追求,大概过1000年左右,人类就消失了。其实这些都不会发生,因为那不符合人类本身的特征,每一段人生都需要通过碰壁来实现自我成长,而不是通过完全一样的外部方式达到。
回到半导体行业,Ai带动了哪些芯片的需求呢?肯定有GPU里对应的一些制程,因为要往前发展,算力本身就得大。此外,它会遇到存储墙的问题,需要高带宽,而现在的CoWoS技术就是把HBM(高带宽内存)和GPU封装在一块。除了存储墙,还有传输墙,原来的封装体里CPU封装之后,旁边会有一个封装好的内存,然后放到电路板上,这样的距离很远。而现在的CoWoS技术用硅片interposer,上面的HBM跟GPU都封装在同一个封装体中,它的传输距离就近了很多。目前,台积电也在探讨硅光子技术,电子的传输仍存在损耗,但光的传输几乎没有损耗,因此,这也进一步解决了传输墙的问题。
片上基板(CoWoS)是一种先进的封装技术,具有封装尺寸更大、I/O连接更多的优势,并且允许2.5D和3D组件堆叠,实现同质和异质集成。CoWoS技术可在同一集成电路平台上实现逻辑SoC和HBM的异质集成。
那么这些对于设备的研发而言有怎样的帮助或启发呢?我们要始终紧跟芯片技术的创新迭代,以提供我们对应的设备解决方案,不管出现什么新材料、新结构,我们都要能够处理,同时还得保证有良好的性能。比如它的均匀性、稳定性都要提高;线条越来越小,颗粒就要控制得更少;设备产能要提高,整体成本要降低等等,这些都是对设备亘古不变的需求,但是对应的每一种具体解决方案完全不一样。
对于AI时代投射到先进封装的线D里面对应的TSV(硅通孔)的整个制程工艺,其需要高深宽比的刻蚀,刻蚀之后还需要洗走很多的polymer,还要做阻挡层的沉积、铜的沉积、电镀和退火,然后把铜完全连接上,再通过CMP抛光,最后将两层绑定在一起。这种不是集成电路前道工序能够遇到的挑战,但我们想要给它提供对应的解决方案。
我举一个例子,像刻蚀机这么高的深宽比,它通过bosch工艺,像贝壳形状那样刻蚀一会儿,再沉积一会儿,循环往复之后刻得很深,但这样一来,侧壁粗糙度就不太理想,所以我们要想办法在硬件上做改进。当他的dep和etch切换的步骤非常快的时候,它的侧壁粗糙度就会改善很多,后面的沉积工艺也就能够有更好的连续性。所以我们的装备就要通过不停地提供各种解决方案来支撑芯片技术的创新,而这个前提就是我们的装备也要不停地进行创新。
Bosch工艺:Bosch工艺是一种在半导体制造中用于刻蚀硅片上特定材料层的先进技术,尤其适用于深亚微米尺度的特征尺寸加工。该工艺得名于其最初在博世公司(Bosch GmbH)的研究与发展,是一种等离子体增强化学刻蚀技术,也称为反应离子刻蚀。
这么看的话,其实它的要求也不低,因为很多时候我们需要跨学科去解决问题。北方华创微电子在国产化的道路上走了这么多年,作为国产设备的龙头代表,你们觉得现在这条路上的空白点还多吗?或者说挑战还多吗?
其实对应的挑战永远都存在,我们需要冷静地看待这个问题,整个大陆的集成电路装备企业的收入总和占比在世界范围内仍然非常小,我们的市占率还不值一提。
如果用一句话概括,就是紧跟时代的脚步。AI可能会在GPU方面有一些往前的迭代,对应More Moore的方向要往下走,而More Than Moore的HBM层数会越来越多,可能会出现不同的bonding方式,CoWoS的尺寸可能也会越来越大,还有
,这些是我们能看到的趋势。当然,还有很多方面需要我们跟随国际巨头的脚步才能知道,同时,我们也要想办法和客户一起把它转化为可以实操的方案。More Moore:深度摩尔,做的是想办法沿着摩尔定律的道路继续往前推进,“More Moore”延续CMOS的整体思路,在器件结构、沟道材料、连接导线、高介质金属栅、架构系统、制造工艺等方面进行创新研发,沿着摩尔定律一路scaling(每两到三年左右,晶体管的数目翻倍)。
More than Moore:超越摩尔,做的是发展在之前摩尔定律演进过程中所未开发的部分,其有三重涵义,第一重涵义是芯片系统性能的提升不再靠单纯的暴力晶体管scaling,而是更多地靠电路设计以及系统算法优化;第二重涵义是集成度的提高不一定要靠暴力地把更多模块放到同一块芯片上,而是可以靠封装技术来实现集成;第三重涵义是芯片的主要卖点不仅仅是更高的性能,更可以是一些有用的新功能。
感觉未来还有很多道关卡需要去闯,但我和您聊完反而觉得很踏实,我觉得半导体行业不仅在中国还有很长的路要走,整个国际市场也还远远没有达到饱和,可以说它的发展还大有空间。
没错,AI点燃的就是大家的想象力。李强总理曾到北方华创访问,当时的主题就是人工智能。人工智能是新质生产力的引擎,它可以赋能千行百业,所以它引领了第四次工业革命。可能在20年前,大家会提到“互联网+everything”,而现在是
,我们一直在各种各样的应用中活着,现在有很多先知先觉的企业已经投资了人工智能,并且探索了一些应用,像现在的语言模型或是前段时间横空出世的Sora等等。而这一次的AI已经智慧了很多,因此,也给大家带来了更多的想象力,相信在未来5~10年,就会有AI助手面世,它会逐渐进入到我们每个人的生活中。幻实(主播):
我也希望有自己的AI助手,像快速地进行信息汇总整理,并且给出合理的建议,或者规划好方案等工作,我觉得AI应该都能办到。
其实这几年我们也一直在业界表达一些声音,北方华创微电子虽然被大家称为龙头企业,但我们非常清楚路是一步一步走出来的,我们也非常希望能够有一个开放包容、相互合作的环境。马斯克说过,如果你有技术秘密而不能坦诚地交流,其实会限制很多技术的快速发展,我觉得换个角度去思考,其实不难看出这是人的恐惧在作祟,每个公司都有自己的商业秘密,但是我认为只有尽可能多地去开放、去交流,多去用“一杯咖啡吸收宇宙能量”,整个行业或者说我们的经济才会朝着更好的方向发展。关于一些负面的声音,我个人认为不是太有意义,一直向着曙光就会走向光明,这就是我想说的。
谢谢王总,和您聊完感触颇深,一时间又增添了很多动力,我觉得中国的半导体行业就像今天的semicon一样欣欣向荣,哪怕我们短暂地遇到一些阻力,被压制、被打击,我觉得都是小问题,毕竟北方华创微电子就是这么一路走过来的。
感谢您和我们分享了这么多,欢迎您下次再来芯片揭秘做客。据数据显示,虽然目前半导体设备由基本由国外垄断,离子注入设备、光刻设备、涂胶显影设备国产化率低于10%,薄膜沉积设备国产化率低于20%,其中CVD设备国产化率为5%~10%,PVD设备国产化率在10%左右,但我国半导体设备行业市场规模在
近几年,人工智能也带动芯片算力、存力(存储性能)和能效的提升,推动了半导体在架构和先进封装等环节的创新,并带来新的市场增量。ChatGPT、Sora等AI工具的出现拓宽了AI芯片的市场空间,
。从国内主要的半导体设备厂商来看,北方华创是国内规模及平台布局最大,据2023年Gartner统计,北方华创集成电路工艺设备首次进入全球前十。目前,我国大陆市场消耗了全球半导体相关产品的30%,包括DRAM、NAND,另外还有一些应用、功率器件等。近六七年,我国的半导体装备市场比例增长到25%—26%。由此可见,国内的半导体装备的市场,虽然仍有不稳定因素,但从市场本身以及人工智能的影响来看,仍非常有前途,让我们拭目以待!
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