《华为、英伟达突破芯片大战界限》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2023-04-04
  • 据报道,华为和中国 EDA 公司开发了一种集成电路(IC)设计自动化平台,用于生产制程节点小至 14nm 的半导体芯片。

    据媒体报道,该技术的评估和测试应于今年完成。

    如果测试和评估成功完成,中国可能会朝着克服美国政府对其半导体产业的制裁迈出一大步。

    14nm 是中芯国际使用的最先进的工艺节点,中芯国际运营着中国最大的半导体代工厂。新的 EDA 工具应涵盖中国工业、汽车和消费应用所需的大部分芯片。

    新的 EDA 工具,如果像报道的那样可行,也可能给 EDA 行业领导者 Synopsys,Cadence Design Systems 和 Siemens EDA(前身为 Mentor Graphics)带来麻烦,所有这些都位于美国,并受到美国政府对中国出口限制的约束。

    这些限制目前只影响他们最先进的技术,即用于设计从 3nm 开始的全环栅晶体管的软件。

    Cadence 和 Synopsis 最近在中国的销售额约占 15%,两家公司的总销售额都以两位数的速度增长。然而,Synopsys 本财年对投资者的指导假设美国政府的出口管制不会进一步变化,而 Cadence 指出其地理收益组合可能会发生重大变化。

    Mentor Graphics 在被西门子收购后于 2017 年退市,现在是该公司数字工业部门的一部分,西门子 EDA 似乎正在与其两个主要竞争对手保持一致,这三家公司合计占全球 EDA 行业收入的 75% 左右。

    除华为外,从事 EDA 开发的中国公司还包括 Empyrean Technology,X-Epic,Cellixsoft,Xpedic 等。Empyrean 提供模拟和混合信号 IC,SoC 和平板显示器(FPD)设计解决方案,是最先进的。

    根据 Digitimes 的一份报告,与三星代工合作的 23 家 EDA 公司中有 8 家是中国的,他们通过技术和有竞争力的价格实现了这一地位。美国人对中国压低价格以抢占市场份额的担忧开始成为现实。

    中国 EDA 产业的下一个目标节点将是 7nm,这是目前该国光刻能力的极限。由于禁止向中国出口 EUV 光刻设备,因此较小节点的进入壁垒急剧上升。

    与此同时,半导体设计和相关的光刻技术也在前沿迅速发展。2022 年 10 月,研究机构 TrendForce 写道,如果目前的趋势继续下去,

    「... 中国在 10nm 以上的工艺中实现半导体自主化并不困难"

    「致力于 SoC、云计算芯片、GPU 发展的中国本土 IC 设计人员,为了满足产品升级的迭代需求,注定要转向更先进的制造工艺,并有望在未来 2-4 年内走向 4nm 制造工艺」

    但美国对 EDA 软件的限制影响「预计将在 2025 年逐步显现,不仅推迟了一些中国国内 IC 设计人员的开发进度,甚至造成发展停滞。

    随着华为 14nm EDA 工具的公布,这一预测直接指向下一个战场。

    3 月 21 月,全球领先的 GPU 设计商 Nvidia 宣布推出一个名为 cuLitho 的新软件库,为计算半导体光刻技术带来加速计算。

    CuLitho 使用当前解决方案所需功率的一小部分将光掩模的生产速度提高三到五倍。随着芯片制造商转向 2nm 及以下制程,它应该会带来更好的设计规则,更高的密度和更高的良率。

    该技术是与 Synopsys(全球最大的 EDA 公司)、ASML(EUV 光刻设备的垄断生产商)和台积电(世界领先的 IC 代工厂)合作开发的,历时 4 年。台积电计划从 6 月开始生产。

    根据 Techopedia 的定义,软件库是一套用于开发软件程序和应用程序的数据和编程代码。光刻是在硅晶圆上创建 IC 设计的过程。光掩模是设计模板。

    ASML 对计算光刻的解释如下:

    「在平版印刷过程中,光的衍射以及 [晶圆上] 感光层中的物理和化学效应会使机器试图打印的图像变形(可以想象这是试图用宽水彩画笔画一条细线)。

    「计算光刻使用制造过程的算法模型,使用来自我们机器和测试晶圆的关键数据进行校准...... 为了优化扫描仪(光刻机)、掩模和工艺,以提高设备的可制造性和产量...

    「如果没有计算光刻技术,芯片制造商就不可能制造出最新的技术节点。

    参与 cuLitho 开发和应用的高层管理人员对这项技术有这样的看法:

    英伟达首席执行官黄仁勋(Jensen Huang)表示:「随着光刻技术达到物理极限,英伟达引入 cuLitho 以及与我们的合作伙伴台积电、ASML 和 Synopsys 的合作,使晶圆厂能够提高产量,减少碳足迹,并为 2nm 及更高层奠定基础。」

    台积电首席执行官 CC Wei 博士表示:「cuLitho 团队通过将昂贵的操作转移到 GPU 上,在加速计算光刻方面取得了令人钦佩的进展,这一发展为台积电在芯片制造中更广泛地部署逆光刻技术和深度学习等光刻解决方案开辟了新的可能性,为半导体规模的持续发展做出了重要贡献。」

    ASML 首席执行官 Peter Wennink 表示:「我们计划将对 GPU 的支持集成到我们所有的计算光刻软件产品中,我们与 NVIDIA 在 GPU 和 cuLitho 上的合作应该会为计算光刻带来巨大的好处,从而为半导体微缩技术带来巨大的好处,在高数值孔径极紫外光刻时代尤其如此。」

    Synopsys 首席执行官 Aart de Geus 表示,计算光刻,特别是光学接近校正(OPC),正在推动最先进芯片的计算工作负载的界限,通过与我们的合作伙伴 NVIDIA 合作,在 cuLitho 平台上运行 Synopsys OPC 软件,我们将时间从几周缩短到几天。

    光学接近校正可补偿由光衍射或过程效应引起的误差,以提高光刻的精度。ASML 的高数值孔径 EUV 光刻系统计划于 2025 年进行大批量生产。

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    • 编译者:husisi
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    • 近日,加州大学伯克利分校(以下简称UC Berkeley)的Ming Wu教授团队开发出一种新型高分辨率激光雷达芯片,该芯片可装载于一系列设备,大到自动驾驶汽车,小到智能手机等。研究人员利用带有MEMS(微电子机械系统)开关的焦平面开关阵列FPSA,这是一种基于半导体的天线矩阵,可以像数码相机中的传感器一样收集光线,并将16384个像素点嵌入在1 cm2大小的芯片上。 基于FPSA的固态激光雷达传感器可以进行三维电子扫描,且不依赖任何笨重的机械零件。遗憾的是,之前报道的传感器分辨率均小于512像素。与固态激光雷达相比,机械激光雷达拥有强大的激光器,能够可视化数百码远的物体(1 码 ≈ 0.9144 米),并且生成高分辨率的3D图像,而如何芯片化这种激光器已困扰了研究人员十余年。 “我们希望有一个非常大的照明区域,但这样牺牲了光线强度,激光无法照射到足够远的地方。”Ming Wu教授说,“因此,为了权衡足够的光强,我们计划减少激光照射区域。” 图1 激光雷达芯片原理图。光学天线与微型MEMS开关连接,并发射出激光。反射光由同一天线接收,并依次打开阵列开关生成3D图像。UC Berkeley的工程师使用MEMS开关显著提高了激光雷达芯片传感器的分辨率 FPSAs使用类似数码相机的光学系统,将视野中的各个角度映射到成像镜头后焦面的像素点上。不同于相机集成在像素点的测距单元不一样,FPSA中的光开关网格允许所有像素共享一个或多个测距单元。由于每个像素点仅由一个光学天线和一个开关组成,大型阵列可以集成在单个芯片上,而实际激光功率由信号通过天线的时间决定。 硅基激光雷达系统通常利用热光开关将激光从一个波导重新定向到另一波导。UC Berkeley团队选择使用MEMS开关,能够在实空间中移动激光雷达系统中波导的位置。 “这种架构非常像高速公路立交桥。”Ming Wu教授说,“想象一下,如果你是一束光,要从东边跑到西边,我们可以人为地改变地面方向,使其逆时针旋转90°,这样你就可以从北边跑到南边。” 除了比热电开关更微型、更节能的优点外,MEMS的开关速度更快,光损耗更低,大规模使用光开关的光通信网络也验证了以上优点。研究人员说,通过调研,他们的团队是在激光雷达中嵌入MEMS开关的第一人。 该团队在10×11 mm2的硅光子芯片上集成了128×128个FPSA的阵列元,一个阵列元包括一个光学天线和MEMS开关(如图2)。在实验中,研究人员利用调频连续波(FMCW)确定物体距离,实现了空间分辨率为1.7 cm的三维成像。 此外,该系统利用焦距为5 mm的复合透镜,在70°×70°的视角场中(人类双眼的水平视野约为120° - 140°),引导激光束随机向16384(128×128)个方向照射,每个像素在视场的分辨率为0.6°。并且该系统将FPSA与FMCW测距相结合,进一步实现3D成像。CMOS(互补金属氧化物半导体)技术已经用于制造计算机处理器,利用CMOS技术设计FPSA,可使像素大小扩展至百万量级。 通过激光在阵列中迅速循环,FPSA构建了环境的3D成像。而若干FPSAs排列成圆环型,使设备360°无死角地观察周围环境。 在该系统商业化生产前,Wu教授团队计划进一步提高FPSA的分辨率和射程:“虽然光学天线很难再缩小,并且微型开关是最大部件,但是我们有信心能把它们做的更小。” 目前,该系统的射程已达到10 m,还有希望继续增加。Wu教授说:“我们确信射程能达到100 m,并且通过我们不断的改进,甚至能够达到300 m。” 图2 激光雷达芯片上光学天线的扫描电子显微镜图像 通过上述改进,加上利用传统CMOS技术批量生产FPSA,降低生产成本,芯片化的激光雷达能够用于各个方面,为自动驾驶汽车、无人机、机器人以及智能手机等提供新一代低成本、节能型3D传感器。此外,需要控制光束的应用也可以考虑FPSA,如自由空间光通信(FSO)和基于离子阱的量子计算。 “看看我们如何使用‘摄像头’。”Wu教授说,“它们被嵌入到交通工具、机器人、吸尘器、监控设备、生物特征识别系统和防盗门上。若我们把激光雷达缩小到智能手机摄像头大小,它将会有更广阔的应用前景。” 近日,Ming Wu教授就任英特尔研究院新成立的集成光电研究中心的研究员,该中心便于英特尔加速数据中心互连。其中,他参与的项目“硅光子晶圆级光包装”将促进集成波导透镜的发展,该透镜有望实现光纤阵列的低损耗和高容差非接触式光学封装。
  • 《洞见 | MicroLED主要的芯片玩家及专利突破》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2023-06-25
    • 万亿规模的显示产业正面临着传统应用市场步入电竞、车载、AR/VR等新兴应用领域,迫使显示技术加速迭代升级。在此背景下,具备超低功耗、高发光效率、高对比度、高集成度、小体积小尺寸等优点的MicroLED,成为最有希望主导面板市场的新一代显示技术。 新一代显示技术MicroLED迸发巨大应用前景,带动上游显示芯片需求快速增长。集邦咨询预测,预计2021年至2026年MicroLED车用显示驱动芯片产值将以10倍以上的速度增长,年复合增长率高达1384%;2023年至2026年MicroLED AR显示驱动芯片产值年复合增长率也将高达643%。 为了抓住这巨大发展机遇,MicroLED显示驱动芯片开始成为国内外厂商的研究重点。谁能在MicroLED技术瓶颈上实现最先突破,就有可能成为显示面板半导体产业的新领跑者,拿下最大的一块蛋糕。 MicroLED显示驱动芯片的主要玩家 据电子发烧友此前对显示驱动芯片产业的梳理,目前已量产MicroLED 显示驱动芯片产品的企业,主要有联咏科技、聚积科技、集创北方、云英谷、爱协生、凌阳华芯、明微电子、禹创半导体、显芯科技、思坦科技等。 另外,瑞鼎与友达也进行合作研发Micro LED显示驱动芯片,苹果也在加紧投资研发MicroLED面板技术,预计2024年推出首款搭载自研MicroLED显示驱动芯片的Apple Watch。近日,国内的初创企业彩山微也获数千万投资,开展MicroLED驱动芯片的研发。 虽然它们都是MicroLED领域的显示驱动芯片企业,但各家的技术优势、研发重点、商业模式均有所不同,具体我们来看一下以下重点的几家企业: 聚积科技成立于1999年6月,是一家专注于电源管理与光电应用芯片设计的企业,成立最初是做LED驱动芯片出名的,2018年其开始拓展MicroLED全新产品线,并于同年8月发布首颗MicroLED显示驱动芯片产品,2020年一季度开始聚积科技开始量产MicroLED显示器,出货量逐季攀升。 据了解,聚积科技以电竞屏幕为切入点,进入MicroLED应用市场。而在TrendForce最新举办的Micro LED Forum研讨会上,聚积科技分享了MicroLED大型显示器在元宇宙应用的重要性及公司布局。 此前聚积科技的市场部部门副理蔡宗达表示,“针对MicroLED相关应用,公司已有MBI5359/MBI5759等高整合IC作为早期方案供应给各大厂商。MicroLED公司之前以大型显示器为主要切入领域,若要导入更小尺寸面板,PPI的指针将会是驱动芯片的挑战,如何实现更高整合度让MicroLED驱动芯片方案更加合理,同时满足视觉效果要求,将会是聚积科技投入的研发重点。”聚积科技持续坚持MicroLED创新技术开发,其采用先进制程开发了低电流高精准度且低功耗的驱动晶片,成功点亮微型发光二极管显示器。 集创北方成立于2008年,是一家为LED显示屏、LCD面板、OLED以及新型显示屏提供显示芯片解决方案的企业。目前,在国内集成北方是显示驱动芯片经营规模最大且产品线布局最广的企业之一。2018年集创北方推出了ICND2069共阴极驱动IC,延续了ICND2055/65系列的优势,并匹配四合一共阴极LED使用,当前集创北方ICND2069驱动了市面上80%以上的四合一LED屏幕。 集创北方MicroLED显示系列芯片产品具备创新的行列整合架构,具有集成度高的特点,内置高灰度时钟,能有效提升显示刷新率和灰度等级,同时能够支持HDR、动态节能等功能,可实时监测LED开/短路、温度等信息。招股书显示,集创北方近年投入近三千万持续迭代面向Mini/MicroLED应用的显示驱动芯片产品。但目前集创北方的科创板IPO终止了,拟投资7.27亿元的Mini/MicroLED显示驱动芯片研发及产业化募投项目也暂且搁浅了。 2022年集创北方实现营业收入58.05亿元,同比增长2.31%;归母净利润为1.75亿元,同比大幅下滑81.22%。 云英谷也是MicroLED赛道上的领先者,其开发的MicroLED显示驱动背板芯片主要是面向VR/AR等智能头戴式设备应用领域的。云英谷的MicroLED芯片集驱动和显示背板一体,多款产品已在客户端验证并大量商用。2023年开年不久,凭借领先的MicroLED技术,云英谷MicroLED VTOS6205芯片荣获优秀技术创新产品奖。据了解,这款MicroLED芯片是云英谷为了进一步布局增强现实眼镜应用市场而推出的,产品可支持高速接口,刷屏速率为90Hz,内置温度补偿和电压补偿。 更值得一提的是凌阳华芯这家企业,它自设立之初就直接挑战新一代显示技术Mini/MicroLED驱动芯片的研发,专攻Mini/MicroLED领域的技术壁垒。目前凌阳华芯已拥有Mini/MicroLED核心专利15项,另外还有20项专利正在申请当中,在显示驱动架构、色彩灰度优化等先进技术研发方面构建了专利“护城河”。 2022年凌阳华芯重磅推出了两款Mini/MicroLED产品XM10480G、XM11202G,新品有效解决了小/微间距模块视效的八大问题:上下鬼影、开路毛毛虫、坏点十字架、低灰色块色偏、首行暗线、高对比度耦合、跨板耦合、跨板渐层色温。而且凌阳华芯采用12英寸40nm~80nm先进制程,结合高集成技术解决了Mini/MicroLED显示驱动芯片功耗占比变高的问题。 MicroLED成最活跃的研发地带,2023年迎来多重专利突破 不管是显示面板厂商,还是显示芯片设计企业,显示产业链上相关厂商都将MicroLED作为目前的研发重点。在过去十年,行业风向标苹果已累计投资至少10亿美元研发MicroLED技术。今天,更是有重磅消息放出,三星、LG显示器巨头主要供应商之一的默克集团暂停研发LCD面板,将所有研发资金投入到MicroLED、OLED等自发光屏幕材料上。 一时之间,MicroLED成为显示产业最活跃的研发地带,特别是初创企业。从前面MicroLED显示驱动芯片的主要玩家梳理中,我们就可以看到对MicroLED显示芯片研发最积极的初创企业。大量初创企业正获得资本大佬的投资,助力它们在MicroLED技术瓶颈上突破。 根据万象智库数据,2022年全年Mini&MicroLED产业链投融资涉及40家以上企业,共计813亿元融资资金。2023年以来,MicroLED产业链上的观海微、创维集团、昇印光电、Mojo Vision、VueReal、科韵激光、雷鸟创新、小派科技、立琻半导体、JBD、麦沄显示等企业先后完成不同规模的融资,加大MicroLED技术研发投入。 在资本的加持下,2023年以来国产厂商在MicroLED领域的专利突破也频频来袭,截至目前中国厂商MicroLED专利申请量已达50多项,包括思坦科技的发明专利“一种用于Micro-LED的色转换层及其制备方法”,以及兆驰半导体的四项MicroLED专利“一种MicroLED器件及其制备方法”、“一种Micro-LED芯片的巨量转移方法”、“一种倒装Micro-LED芯片及制备方法”、“一种全彩Micro-LED芯片及其制备方法”,闻泰科技的“Micro-LED显示器件的制备方法”,数字光芯的“采用堆叠式封装的Micro-LED微显示芯片”、“一种阶梯式线阵MicroLED、扫描装置及扫描方法”的发明专利等等。 2023年以来专利突破大体集中在巨量转移、芯片结构、封装、全彩显示等技术领域,国产厂商正快速加强MicroLED知识产权“护城河”。