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大基金将成立中国储存芯片联盟 长江存储/晋华/睿力或加入

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来源: 集微网   发布者:集微网
热度32票   时间:2017年9月13日 07:05
1.苹果引领新一轮新风潮:VCSEL产业全景分析;
2.大基金将成立中国储存芯片联盟 长江存储/晋华/睿力或加入;
3.上海微系统所三维存储器设计领域取得进展;
4.QuickLogic率先为中芯国际40纳米低漏电工艺提供eFPGA技术


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1.苹果引领新一轮新风潮:VCSEL产业全景分析;



集微网消息,在苹果备受关注的iPhone 8发布前夕,两则新闻引起业界关注:Lumentum 3D传感器打进iPhone 8供应链,股价暴涨14%;苹果效应:无名晶圆公司IQE股价今年以来狂涨300%。可以说,每一代iPhone的创新点,都给产业链公司带来了福利。

Lumentum和IQE均来自VCSEL供应链。VCSEL全名为垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL),简称面射型激光,是一种垂直表面出光的新型激光器,也是光纤通讯所采用的光源之一。VCSEL市场按产品类型细分可分为单模VCSEL和多模VCSEL,未来多模VCSEL预计将占据主要的市场份额,它们正广泛应用于3D成像和数据通讯。多模VCSEL可以提供更好的调制效果和更高的传输速率,使其相比单模VCSEL产品更受欢迎,而单模VCSEL通常应用于打印、条形码等其它传感应用。

市场研究机构预测,2015年VCSEL(垂直腔面发射激光器)市场规模为9.546亿美元,至2022年预计将增长至31.241亿美元,2016~2022年期间的复合年增长率可达17.3%。VCSEL凭借其紧凑的尺寸、高可靠性、低功耗以及较低的制造成本而应用广泛。而汽车产业电气系统对VCSEL的应用增长,正推动整个VCSEL的市场增长。

2014-2022全球VCSEL市场空间预测(来源:莫尼塔研究)

3D深度视觉作为一个崭新的技术,已经出现在微软Kinect、英特尔RealSense等消费级产品中。随着硬件端技术的不断进步,算法与软件层面的不断优化,3D深度视觉的精度和实用性得到大幅提升,尤其是ToF方案与VCSEL的快速成熟,使得“深度相机+手势/人脸识别”具备了大规模进入移动智能终端的基础。而iPhone十周年机型拟应用以VCSEL激光器为核心关键器件的3D Sensing摄像头,将会带动相关的细分市场迎来一次井喷式的增长。

3D摄像头结构

3D摄像头相比传统摄像头,在硬件上最大的不同是前端引入了VCSEL模组。3D摄像头特点在于除了能够获取平面图像以外,还可以获得拍摄对象的深度信息,即三维的位置及尺寸信息,其通常由多个摄像头+深度传感器组成。3D摄像头可实现实时三维信息采集,为消费电子终端加上了物体感知功能,从而引入人机交互、人脸识别、三维建模、AR、安防和辅助驾驶等多个应用场景。

3D摄像头主要硬件包括四部分:红外光发射器(IR LD或VCSEL)、红外光摄像头(IR CIS或者其他光电二极管)& 可见光摄像头(Vis CIS)、图像处理芯片。

整个三维视觉系统的工作原理为:首先红外激光发射器发射出近红外光,经过人手或人脸的反射之后,被红外图像传感器所接收,这个图像信息用来计算人手所处的位置(Z轴);同时,可见光图像传感器采集二维平面(X与Y轴)的人手信息(Vis Light);两颗图像传感器的信息汇总至专用的图像处理芯片,从而得到人手或人脸的三维数据,实现空间定位。


3D摄像头需配置双摄像模组,组装良率比一般模组低5%—15%,双摄模组成本目前约在12-25美元,是单摄像头的1.5—3倍;iPhone所使用的双摄规模更为高端,成本预估超过30美元。

3D摄像头产业链

iPhone 8将采用的3D摄像头,使激光发射器产业链厂商的下游,从光器件行业扩展到消费电子领域,从0到1打开新的市场。

图像处理芯片需要将红外光CIS采集的位置信息与可见光CIS采集的物体平面信息处理成单像素含有深度信息的三维图像。该芯片具有一定的技术壁垒,对于算法层面的要求较高,目前全球范围内可以提供该类产品的公司为少数几家芯片巨头。


VCSEL 的制造依赖于MBE(分子束外延)或MOCVD(金属有机物气相沉积)工艺,在GaAs(80%左右的份额)或InP(15%左右的份额)晶圆上生长多层反射层与发射层。由于VCSEL 主要采用三五族化合物半导体材料GaAs 或 InP(含有In、Al 等掺杂),因此移动端VCSEL产业链与化合物半导体产业链结构类似。

VCSEL产业链

目前,全球范围内主要的设计者包括Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon、ⅡⅥ等公司,它们在移动端VCSEL处于前沿的研发角色。由IQE、全新、联亚光电等公司提供三五族化合物EPI外延硅片,然后由宏捷科(Princeton Optronics合作方)、稳懋(Heptagon 合作方)等公司进行晶圆制造,再经过联钧、矽品等公司的封测,便变成了独立的VCSEL 器件。然后由设计公司提供给意法半导体、德州仪器、英飞凌等综合解决方案商,再提供给下游消费电子厂商。

VCSEL的制造依赖于MBE(分子束外延)或MOCVD(金属有机物气相沉积)工艺,在GaAs(80%左右的份额)或InP(15%左右的份额)晶圆上生长多层反射层与发射层。移动端VCSEL产业链与化合物半导体产业链结构类似。

移动端VCSEL 产业链结构(来源:台湾工研院网站)

按照当前VCSEL成本1.5-3美金计算,移动端VCSEL市场空间将达到6.5-13.5亿美金,给当前VCSEL市场带来20%-30%的增长。

国内VCSEL产业发情况

目前,致力于移动端设计的VCSEL芯片生产公司全球只有七八家,例如Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon(已被AMS收购)、ⅡⅥ等公司,且大部分在美国,它们在移动端VCSEL处于前沿的研发角色。而据媒体报道,为iPhone 8提供VCSEL激光器的生产商是Finsar公司、Lumentum公司和II-VI公司三家。

国内苹果产业链上也已经开始准备切入这一市场。而现有的VCSEL器件厂家包括武汉光迅,江苏华芯,山东太平洋,深圳源国等也都在积极准备。相比之下,光通讯领域中,国内光通讯器件厂商光迅科技已有VCSEL商业化产品推出,但是在消费电子领域,国内尚无一家拥有VCSEL芯片量产能力的企业。

科研领域中,中科院长春光机所在VCSEL的研究处于世界前沿地位。2014年5月长春光机所在国内首次研制出碱金属原子光学传感技术专用的795 nm和894 nm VCSEL激光器,可作为核心光源用于芯片级原子钟、原子磁力计、原子陀螺仪等碱金属原子传感器。

除此之外,还有吉林大学、长春理工大学、北京邮电大学、西南交通大学、厦门大学、华中科技大学、中科院半导体所、中科院物理所等高校及科研院所均对VCSEL开展了不同层次的研究。

目前结构光产业链一流供应商皆已被苹果锁定,国内厂商在Fliter(水晶光电)、模组(欧菲光)方面具备较强实力,但在VCSEL、DOE、WLO、IR CIS、3D图像处理芯片方面能力欠缺。综合来看,

光迅科技:全面覆盖光有源器件和无源器件,拥有大量生产1G和小批量10G VCSEL能力,年自制芯片产量超过四千万片。具备工业级VCSEL激光器的生产能力。

三安光电:覆盖芯片、微波集成电路代工、光通信。拥有从可见光到不可见光全系列产品,同时在上游原材料(基材和气体)以及下游应用(汽车照明)进行全产业链布局。

华工科技(华工正源):中国激光行业的领军企业,子公司华工正源是中国最具影响力的光通信器件供应商之一。

理工光科:光纤传感方面具备丰富的技术能力,有望在Vcsel的应用中获得机会。

华工科技:子公司华工正源是国内领先的光模块制造商。

新易盛:国内光器件领域的后起之秀,体制机制灵活。

国内VCSEL芯片开发的进展和未来相机应用VCSEL的技术难点

国内光芯片光迅是龙头,正在逐步追赶并有望在近两年实现跨越,特别如果100G芯片突破之后。从光迅的产品资料可以了解到,1G VCSEL芯片已经有应用,更高端的10G、25G预计也正在验证拓展中,芯片能力已经初步具备。其他厂商目前并不明确是否具备能力,华工科技和华工正源预计也有研发投入。

光芯片之后,激光探测器实际上可以简概为由两个主要部分构成,光芯片+电控模块,历史上这两部分都是要进口的,国内主要是封装,这种光传输的封装难度远高于半导体产业的封装,从旭创、光迅等公司的相关产品毛利率对照可以看出。目前电控模块可能仍然要进口,光芯片正在逐步国产化。

由于VCSEL模块要应用在手机相机中,在解决光模块封装后还要解决与相机组建的一体化封装问题。在相机中,激光模块功能类似于激光雷达,相机感光CCD只能解决平面成像,前段时间探讨的双目摄像头受限于手机尺寸也很难真正形成3D效果,只有直接装上激光雷达VCSEL可以直接解决问题,支撑未来3D玻璃显示、VR应用、人脸识别应用等多种应用场景。

因此,未来除了解决芯片问题外,国内厂商的机会更有可能体现在封装能力等方面,手机空间导致的极其苛刻的封装条件、与相机CCD模块集成封装的特殊要求、与后端3D集成算法关联的技术等才是未来VCSEL在手机上应用所要优先解决的技术难题。


2.大基金将成立中国储存芯片联盟 长江存储/晋华/睿力或加入;

                                                                     大陆积极打造本土半导体IC供应链,当中又以DRAM和3D NAND存储器产业链的建设最竞争,国家集成电路产业投资基金(大基金)总经理丁文武指出,将在中国高端芯片联盟( CHICA)底下成立储存器产业联盟,有意促成三大新成立的存储器厂包括长江存储、福建晋华、合肥睿力一同加入,这将是继传感器和物联网(IoT)产业联盟后, CHICA的第二个分联盟。

丁文武指出,全球存储器的获利几乎都集中在南韩三星电子(Samsung Electronics),获利甚至优于苹果(Apple)和英特尔(Intel),从2016年至今NAND Flash价格狂飙,涨价都是利润,背后原因虽是供需,但三星掌握全球的控制权是很大关键,且这一波NAND Flash缺货是有钱也买不到,连NAND Flash控制晶片供应商也很痛苦,三星这些原厂都开始做自己的固态硬盘(SSD)控制芯片,等于是整个产业一条鞭都握得紧紧的。

他强调,大陆每年进口的存储器芯片占全球4分之1,包括手机、快闪存储卡、SSD、汽车等都要用到NAND Flash,万一哪一天三星不卖了,那会是大问题,因此我们一定要做自己的存储器供应链,虽然相关的人才、技术非常缺,但有信心一定会做起来。

他点名,长江存储会是一个好的开始,打开大陆3D NAND技术之门,在武汉的第一期投资约80亿~100亿美元开始建设,同时,存储器另外两大阵营还有福建晋华、合肥睿力。

大陆存储器阵营共分为三家,只有长江存储是专注于3D NAND技术和生产,计划年底推出32层技术,2018年进入64层产品,目标是成为大陆最大的本土3D NAND供应商,初期在武汉12吋晶圆厂生产,未来也就按转进南京;其次是专注DRAM技术的福建晋华和合肥睿力,预计最快都会在2018年下半进入量产。

值得注意的是,由于美光(Micron)祭出技术司法手段严惩DRAM技术和专利外泄,传出大陆存储器技术开发的进度受到影响,原本晋华和睿力都是网罗前美光集团的员工,来开发3x纳米、2x纳米和1x纳米制程的DRAM技术,但近期传出两阵营为了规避专利侵权问题,纷纷从美光的设计流程改为三星和SK海力士(SK Hynix)韩系的设计,因此量产时间可能会往后递延。

大基金有意在CHICA联盟底下成立储存器联盟,似乎有整合大陆三大存储器阵营势力之意,但丁文武也表示,各家都有各家的想法,结果还不一定。

从CHICA的组成来看,是在2016年8月由紫光集团、长江存储、中芯国际、华为、中兴通讯,以及工信部电信研究院等27家企业和学术单位组成共同发起的,理事长由丁文武担任,副理事长是紫光集团董事长赵伟国担任。因此,长江存储进入CHICA联盟是顺水推舟,然晋华、睿力是否可能同时加入,就很难说了。

存储器厂商认为,目前长江存储研发的3D NAND和晋华、睿力的DRAM技术没有冲突,但长期来看,长江存储是否会进入DRAM技术开发还是未知数,但如果是大基金出面,或许是大陆存储器三大阵营整合资源的一个开始。

不过,大陆积极发展半导体的雄心,开始引发的美国的忌惮。美国日前发布「301条款」调查大陆在知识产权和科技等相关政策,是否有损美国利益,尤其是近年来大陆产业政策发展的积极度,让美国一些重要科技被迫转给大陆企业,明显就是在点名半导体产业。

以IC制造、设计和封测三领域来看,IC制造因为缺乏人才和技术因此相对薄弱,但设计和封测在这两年则是快速追上来,显见大陆红色供应链的崛起,不单是台湾忌惮,美国是忧心的更早,成为大陆半导体未来对外购并和买技术来源的一个障碍。 DIGITIMES


3.上海微系统所三维存储器设计领域取得进展;

 近日,中国科学院上海微系统与信息技术研究所相变存储器课题组在三维存储器设计领域取得进展,研究成果以A Single-Reference Parasitic-Matching Sensing Circuit for 3-D Cross Point PCM为题,发表在IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs上。

  相变存储器利用电脉冲诱导存储材料在非晶态与晶态之间切换,具有非挥发性、循环寿命长、写入速度快、稳定性好、功耗低等优点,被业界认为是下一代存储技术的最佳解决方案之一。

  三维集成技术通过芯片或器件在垂直方向的堆叠,可显著增加芯片集成度,是延续摩尔定律的一种重要技术。其中,一种交叉堆叠(cross point)的三维存储结构被广泛应用于非易失存储器。

  当前,三维新型非易失存储器的研究集中在器件和阵列层面。与传统的二维存储器不同,三维相变存储器采用新型的双向阈值开关(Ovonic Threshold Switch,OTS)器件作为选通器件(selector)。根据OTS器件的物理特性和三维交叉堆叠阵列结构的特点,三维交叉堆叠型相变存储器采用一种V/2偏置方法以实现存储单元的操作,但V/2偏置方法和OTS器件导致阵列中诸多未被选择的存储单元的漏电,漏电导致读出电路读取正确率和读出速度的下降。存储器在进行读操作时,阵列中的寄生器件会降低读取速度。二维存储器中,这些器件主要集中在平面方向;但在三维存储器中,垂直方向的寄生器件会进一步降低读取速度。因此,对于影响三维存储器读操作各因素的量化分析和提高其速度的集成电路设计是必要的。

  科研人员设计了三维相变存储器的阵列核心电路,再对三维相变存储器的读路径进行了分析,总结出影响三维相变存储器读操作的五种因素。这五种因素与三维存储器阵列参数的量化关系也被指出。以此为基础,论文提出了一种适用于三维存储器的单参考和寄生匹配读出电路。该电路采用变化参考电流,并对以上五种因素在读方向和参考方向进行了匹配。实验结果表明,读出时间比传统方法缩短了79%,误读取个数下降了97%。论文提出的读出电路可适用于其它三维交叉堆叠型非易失存储器,并因读出电路与阵列的设计参数直接相关,相关设计人员可根据其存储器的容量,设计出适用于不同容量存储器的、高性能的读出电路。该论文在国际上首次归纳分析了对三维交叉堆叠型存储器读操作有影响的五种因素,提出了第一种与三维新型非易失存储器阵列特性相关的读出电路,是世界上首篇关于三维相变存储器读出设计的文章。

  该研究工作得到了中科院战略性先导科技专项、国家集成电路重大专项、国家自然科学基金、上海市科委等的支持。







4.QuickLogic率先为中芯国际40纳米低漏电工艺提供eFPGA技术


集微网消息,中芯国际集成电路制造有限公司(“SMIC”,纽交所代号:SMI,港交所股份代号:981),世界领先的集成电路晶圆代工企业之一,也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路晶圆代工企业,与QuickLogic Corporation(纳斯达克股票代码:QUIK),一家开发超低功耗多核语音支持的系统芯片(SoC)、嵌入式 FPGA IP、显示桥和可编程逻辑解决方案的企业,今日共同宣布,基于中芯国际40纳米低漏电 (40LL) 工艺,QuickLogic推出ArcticPro™ 嵌入式 FPGA (eFPGA) 技术。QuickLogic的高级架构、成熟软件和IP 生态系统与中芯国际40LL工艺相结合,为SoC设计人员提供了易于实施、高可靠性和极低功耗的eFPGA 解决方案。ArcticPro eFPGA技术如今已应用于各种领先工艺中,是业界首个在中芯国际40LL技术节点上提供的eFPGA IP。

QuickLogic的ArcticPro eFPGA技术应用于中芯国际40LL工艺,可在设备制造后期为SoC开发人员提供高度的设计灵活性。它是一个单一设备平台,因此可通过单一掩码集创建多个芯片变体,并通过定制化来顺应碎片化及快速发展的标准。这不仅大大降低了成本,还为开发人员提供了所需的灵活性,以满足客户的独特新需求,并瞄准新的目标市场。ArcticPro eFPGA功耗极低,特别适用于手持式、可穿戴式和物联网(IoT)的终端应用,这些都需要较长的电池寿命。

中芯国际设计服务执行副总裁汤天申博士表示,“这是首个可用于中芯国际40LL工艺的eFPGA IP产品。我们选择QuickLogic,因为该公司在低功耗 FPGA 架构和软件支持方面拥有数十年的经验。这项技术为制造后期的设计提供了前所未有的灵活性,如今我们的客户也能从中受益。”

QuickLogic总裁兼首席执行官Brian Faith补充道:“为中芯国际40LL工艺提供支持是ArcticPro eFPGA技术迈出的重要一步。如今它广泛应用于受欢迎的低功耗工艺,得到了完善的支持,并且易于实施。我们希望这些因素能促使该技术在各类低功耗SoC设计中得到更为广泛的应用。”


开放应用: 
QuickLogic的ArticPro eFPGA IP目前已开放中芯国际40LL工艺和评估板的应用。如需更多有关信息,请访问 www.quicklogic.com/technologies/efpga-ip/arcticpro-efpga 或发送电子邮件至 eFPGA@quicklogic.com。




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