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环球半导体芯片产业发展探析
2021/7/21 10:55   《中国安防》   安然   关键字:环球 半导体 芯片产业      浏览量:
通常半导体芯片行业有三种运作模式,分别是IDM模式、Fabless模式和Foundry模式。
  一、半导体芯片行业运作模式分析
  通常半导体芯片行业有三种运作模式,分别是IDM模式、Fabless模式和Foundry模式。
  1.IDM(Integrated Device Manufacture)模式:主要将集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身。早期大多数集成电路企业采用这种模式,但目前仅有极少数企业能够维持。基于此特性IDM模式具有将设计、制造等环节协同优化,从而有助于充分发掘技术潜力,创造率先实验的条件并推行新的半导体技术。但是该运作模式下的公司普遍规模庞大,管理成本较高、运营费用较高、资本回报率偏低等缺点也是大多数企业放弃该模式的原因。
  2.Fabless模式: 无工厂芯片供应商,只负责芯片的电路设计与销售,将生产、测试、封装等环节外包。这种运作模式因为资产较轻、初始投资规模小、创业难度相对较小等原因受到很多企业的青睐,同时企业运行费用较低,转型也会相对灵活。但是与IDM相比无法与工艺协同优化,因此难以完成指标严苛的设计;与Foundry相比需要承担各种市场风险,一旦失误可能万劫不复。
  3.Foundry(代工厂)模式:只负责制造、封装或测试的其中一个环节,不负责芯片设计,可以同时为多家设计公司提供服务。这类运作模式的公司不承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等决策风险。但是投资规模较大,维持生产线正常运作费用较高,需要持续投入维持工艺水平,一旦落后很难追赶上其他企业。
  二、IDM运作模式企业资讯
  1. Arm推出首款64位实时处理器
  Arm推出了首款64位实时处理器,这是其Cortex-R系列的最新产品,64位Cortex-R82添加了"计算存储"功能,它能满足解决更大内存容量的需求。Arm指出:计算存储就是使存储设备更智能,以便直接在存储数据的地方处理数据。根据工作负载测试,Cortex-R82的性能比以前的Cortex-R5和-R8提高了一倍,同时还集成了公司包括驱动器控制器在内的传统企业存储基础架构方面的优势。传统上,存储控制器运行裸机工作负载,为了扩展相应功能Cortex-R82包含一个可选的内存管理单元,它允许操作系统直接在存储控制器上运行。实时处理器还提供其Neon技术,用于加速机器学习工作负载,这些工作负载占据了企业数据中心中许多计算存储需求。R82处理器旨在解决诸如内存访问障碍之类的性能不足,以及满足企业对运行基于Linux的服务需求的不断增长。除了Linux支持外,实时处理器还可以访问高达1Tb的DRAM地址空间,可以在同一时段为不同的工作负载重新分配计算资源。同时,可选的内存管理单元支持Linux和其他高端操作系统以及应用程序代码和一长串的数据库应用程序。
  本地数据处理是通过消除大文件移动以及其他架构调整来减少延迟的一种方式,这种转变带来的收益包括数据库加速、更快的数据分析、更快的应用。Arm的计算存储方法通过用简单的"操作"请求代替来自存储的传统数据调,从而简化数据存储、检索、处理,灵活的存储控制器还可以实现平衡,可以根据需要调整控制器上运行的不同工作负载类型。例如,R-82将在高峰需求期间促进实时存储工作,然后在非高峰时段切换到数据分析任务。Cortex-R82四核集群基于5纳米工艺技术打造,群集配置集成了1Mb的L2共享缓存,最大时钟频率超过1.8GHz,根据CoreMarkCPU和嵌入式微控制器基准测试,性能最高可达5.82MHz。
  2. TI(德州仪器)推出新型"定制版"仿真工具
  如今许多硬件工程师面临着需要在紧凑的项目时间内进行精确设计的需求日渐增长,如果无法可靠地测试设计,可能会导致生产时间表严重滞后并带来高昂的代价,因此仿真软件成为每个工程师设计过程中的关键工具。9月15日TI发布基于Cadence的PSpice?仿真器的新型定制版本--PSpiceforTI,帮助工程师自由对TI电源和信号链产品进行复杂的模拟电路仿真。PSpiceforTI提供了全功能电路仿真,包括不断增长的5700多种TI模拟集成电路(IC)模型库,使工程师比以往任何时候都能更容易地评估用于新设计的组件。线性放大器产品线总经理JohnCaldwell表示:"这是TI的策略和追求的目标,TI希望在客户设计周期的每个阶段都为他们提供最佳设计资源。TI非常高兴能够将PSpiceforTI添加到我们的设计和仿真产品组合中,作为对其他设计资源的补充。"
  PSpiceforTI是基于通用PSpice仿真器的TI定制版,可以使设计工程师构建完整的原理图,并且在系统进行仿真,而不受设计水平的限制,该工具的高级功能包括自动测试、后处理、蒙特卡洛分析、最坏情况分析等。 PSpice于1984年首次推出,此后不断增添了许多重要的新特性、高级分析功能、模型编辑和创建功能。由于PSpice成熟的扩展功能,它已经成为Spice及仿真的一个黄金标准。如今大多数IC制造商都提供Spice模型,使得客户能够快速开始其仿真。此外,IC制造商也使用PSpice来验证其Spice模型,因此,PSpice被认为是最精确的基于Spice的模拟器之一。PSpice的商业版本支持从数学函数到行为建模再到SystemC、Matlab、Simulink模型等多个域的仿真模型,如今PSpice的商业版本已经拥有来自各个IC制造商的34000多款仿真模型。虽然PSpice主要是用于板级仿真,但同时它也与Cadence-virtuoso、Allegro、OrCADPCB设计及流程紧密集成,从而使得客户能够实现从芯片到封装再到板级的集成的开发环境。关于PSpiceforTI和PSpice通用版本的区别, PSpiceforTI目前更多的是在关注TI现有的产品模型上,而PSpice全功能版本包含了现有所有IC厂商的元器件库。
  三、Fabless运作模式企业资讯
  1. 阿里达摩院自研ISP芯片
  达摩院已经自主研出用于车载摄像头的ISP处理器,保障自动驾驶车辆在夜间拥有更好的"视力","看"得更清晰,这将大幅提升自动驾驶的安全性, 背后技术则是达摩独有的3D降噪和图像增强算法。目前,该处理器已经用于自动驾驶物流车,路测性能达到业界领先水平。
  ISP (Image Signal Processor)图像信号处理器是车载摄像头的重要构成组件,主要作用是对前端图像传感器CMOS输出的信号进行运算处理。依赖于ISP处理器,车辆才能借助摄像头"看"到现场细节。通俗来说,ISP处理器帮助车载摄像头"看"清楚周围环境,从而指导车辆做出下一步决策。达摩院自研ISP处理器使得车载摄像头在白天和夜间的图像识别能力大幅提升。根据达摩院自动驾驶实验室的路测结果显示,使用达摩院ISP处理器,车载摄像头在夜间这个最富有挑战的场景下,图像物体检测识别能力比业内主流处理器有10%以上的大幅度提升,原本模糊不清的标注物也得以清晰识别。
  "车载摄像头图像质量的大幅提升,提高了自动驾驶的检测识别能力,进一步保障了自动驾驶的安全性。"达摩院自动驾驶实验室高级技术专家广瞻指出,通过达摩院独有的3D降噪和图像增强算法,达摩院ISP处理器帮助扮演自动驾驶车辆"眼睛"角色的摄像头,有了更好的"视力",夜间环境下看得更清晰。行业专家指出,由于成本较低并且技术成熟,车载摄像头成为自动驾驶市场上应用最广泛的传感器,性能强大的ISP处理器,将提升自动驾驶产业链的智能化水平。
  2.紫光安全芯获得全球最高等级认证
  日前,紫光国微旗下紫光同芯THD89成为国内首款通过国际SOGIS CC EAL 6+安全认证的芯片产品,是全球安全等级最高的安全芯片之一,实现了中国在该领域的重大突破,刷新了我国芯片安全认证最高等级记录,让世界看见中国芯智造的磅礴力量,为紫光芯打开了走向世界的大门。相比SOGIS CC EAL5+,国际SOGIS CC EAL6+的检测标准更为严苛,增加了对芯片代码复杂度的评估和安全策略模型形式化的验证,更加深入全面的对产品的安全性进行了评估,其认证难度之大、标准之高在安全芯片领域可谓全球认证之最。紫光同芯的产品在研发、设计、生产等环节已具备国际领先的实力,在安全芯片领域达到了世界顶级产品的水准。THD89适用于金融安全、移动通信、汽车电子、身份认证等领域,为万物智联打下坚实基础。该认证的获得,为其未来在5G、新基建背景下的物联网应用拓展广阔空间。
  四、Foundry运作模式企业资讯
  1.ASML宣布5nm半导体工艺技术
  荷兰ASML公司是全球仅有的EUV光刻机供应商,7nm及以下的工艺生产都要靠他们的设备。不过ASML不只是光刻机厉害,今天他们宣布了另外一个新产品--第一代HMI多光束检测机HMI eScan1000,适用于5nm及更先进工艺,使得产能大涨600%。
  半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。目前大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连,因此半导体技术也要随之提升。据悉,随着制程工艺不断提升,晶圆的制造也越来越复杂,这也会导致晶圆中的错误更多,HMI eScan1000就是一套基于HMI多光束技术的检测系统,内部也有复杂的光电子系统,能够产生、控制多个电子束,然后根据反射回来的电子束成像来分析晶圆质量,并有高速运行的平台以控制测试的晶圆数量,还要有计算系统处理电子束的数据。
  简单来说,ASML研发的这个HMI eScan1000机器就是一台验证先进工艺生产出来的晶圆质量的系统,工艺越先进,检测系统就越重要,它的检测精度、吞吐量决定了生产的效率。ASML的HMI eScan1000的突破之处在于能够同时产生、控制九道电子束,所以产能提升了600%,可以大大减少晶圆质量分析所用的时间。目前HMI eScan1000可以用于5nm及以下先进工艺的晶圆测试,已经交付给客户进行测试验证,未来ASML还会推出光束更多的测试设备以满足客户对先进工艺的要求。
  2.格罗方德针对AI训练进行优化
  美国半导体代工厂格罗方德(GLOBALFOUNDRIES)宣布,旗下最先进的FinFET解决方案"12LP+"已通过技术验证,目前准备投入生产。格罗方德的差异化"12LP+"解决方案主要针对AI训练以及推论应用进行优化,本解决方案建立于验证过的平台,具有强大的制造生态系统,可为芯片设计师带来高效能的开发体验及快速的上市时间。为达到性能、功耗和面积的组合,12LP+导入了若干新功能包含更新后的标准元件库、用于2.5D封装的中介板、低功耗的0.5VVminSRAM记忆单元,用来支援AI处理器与存储器之间的低延迟和低功耗数据往复,专为符合快速增长的AI市场特定需求所制定的半导体解决方案。
  12LP+建立在格罗方德14nm/12LP平台基础上,早已出货超过100万个晶圆。许多公司包含Enflame和Tenstorrent等,都将格罗方德的12LP用于AI加速器的相关应用。借由与AI客户紧密合作并互相学习,格罗方德开发出12LP+解决方案,为AI产业中的设计师提供更大的差异性以及更高的价值,并将开发及生产成本降至最低。12LP+性能得以增强的特点包括:与12LP相比,将SoC级的逻辑性能提高20%,而在逻辑芯片尺寸方面则缩小10%。这些进阶功能是透过12LP+的新一代标准元件库加以达成,其中包含性能驱动的面积优化组件、单一Fin单元、新的低压SRAM存储单元以及改良版类比布局设计规则。格罗方德的AI设计参考套件及其协同开发、封装和晶圆生产后续统包服务,增强了格罗方德12LP+专业应用解决方案的能力。在设计低功耗、经济实惠且针对AI应用进行优化的电路时,更共同提供绝佳的整体体验。格罗方德与生态系统伙伴间的紧密合作,亦造就了符合成本效益的开发费用,并缩短了上市时间。除了12LP现有的IP产品组合之外,格罗方德亦将扩展12LP+的验证范围,借此将PCIe3/4/5和USB2/3并进主机处理器。此外,也将HBM2/2e、DDR/LPDDR4/4x和GDDR6纳入外部存储器和芯片间互连技术,使设计师和客户往小芯片架构发展。格罗方德的12LP+解决方案已通过技术验证,目前已准备在纽约州马尔他的Fab8进行生产,预计在2020下半年进行试产。格罗方德先前已宣布,将使Fab8符合美国国际武器贸易条例(ITAR)标准和出口管制条例(EAR)于今年底生效的管制措施,透过这项举措为Fab8所生产的国防相关应用、装置或组件提供机密性和完整性保护。

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