台灣一直是全球半導體產業發展的重鎮
本文將就先進製程、18吋晶圓廠、3D IC
記憶體與類比元件等五大類別
為各位讀者預測在2014年的發展動向
【撰文／姚嘉洋】
熟悉半導體產業生態的人都應該了解，全球景氣的好壞與否與半導體市場的表現有著相當高的連動關係，揮別動盪的2013年，迎來了全新的2014年，對半導體整個產業來說，應該會是審慎而樂觀的一年，主要的原因在於歐美市場的景氣已開始從谷底反轉，全球景氣的確開始有緩慢復甦的跡象。
所以放眼2014年，全球半導體產業的走向會如何發展，相信是整個產業界所關心的議題。大致來看，由於摩爾定律目前還是有效的情況下，每隔18個月在晶片面積的微縮與效能精進都可以有所突破下，觀察2013年的發展態勢，2014年的趨勢，多少也能猜出個端倪。
1. 先進製程：28主流 20待接棒
現階段大多一線行動裝置都是採用高通的Snapdragon（驍龍）應用處理器，其製程都是以28奈米為主，來到了2014年，在製程方面是否會有進一步的發展？
集邦科技記憶體儲存事業處分析師繆君鼎分析，觀察28奈米的發展狀況，從去年到現在為止，大略上已經進入成熟期的階段，因此明年應用處理器的主流製程仍然還是以28奈米為主，所有的晶圓代工業者還是可以從此一製程中取得相當的獲利。
不過，像是20或是22奈米製程也會有所進展，畢竟28奈米製程已經開始步入技術成熟期，因此更為先進的製程必須接手，以進一步有效拉開與競爭對手的差距。繆君鼎預期，約莫在2014年第三季，20或是22奈米製程就會進入小量量產的階段，並聚焦在小量應用，像是FPGA大廠Xilinx（賽靈思）的產品即屬於這類的範疇。
為了正面迎戰對手Altera的強力競爭，Xilinx也在2013年12月中左右的時間發佈旗下UlteraScale架構產品線Virtex，將於2014年的第二季正式進入量產。但是Xilinx方面也談到，儘管已經進入20奈米的量產階段，28奈米的產品線仍然是相當重要的主力，生命週期也會相當長，因此Xilinx會採取多節點製程的產品供應作法，來滿足不同客群的需求。
無獨有偶的是，高通也在同一月份發表了新款處理器Snapdragon 410，瞄準一般大眾市場，但同樣還是採用28奈米製程，預計2014年上半年開始有樣本，下年半進入量產階段。從Xilinx與高通這兩家大廠的動作來看，可以明顯看出2014年將仍是由28奈米在主導市場。
2. 18吋晶圓廠：蟄伏的2014年
至於半導體產業所關心的另一議題，則是18吋晶圓廠的進展。不論是技術的進入門檻或是資金的投入，都不是一般半導體業者能夠進入，所以業界大多預測，檯面上能投入18吋晶圓廠戰爭的，僅有英特爾、TSMC與三星這三大廠商而已。可是，正因為技術門檻並非一家單一廠商能獨力克服，因此便有了合作聯盟。
其中最受矚目的，莫過於由英特爾、TSMC（台積電）、三星與格羅方德等一線頂尖大廠們所共同組成的G450C（全球18吋晶圓聯盟），集結各廠商的技術能量共同為18吋晶圓打造產業界所需要的量產標準。話雖如此，英特爾與TSMC在檯面上仍然保持亦敵亦友的關係，雙方針對18吋晶圓廠各自都有採取產線或是廠房建置的動作。不論是聯盟或是廠商所得到的資訊來看，大多都要等到2015年才會有較為明確的進展。
18吋晶圓廠的進度約莫要到2015年才會較有明確的進展（Source：itersnews.com）
3. 記憶體：1x奈米挑戰高
至於在記憶體產業，雖然歷經金融海嘯與產能過剩等諸多危機，但觀察現有的陣營或是企業，大體上都已經進入了相對良性的循環，也開始有了不錯的獲利。根據TrendForce旗下的研究機構DRAMeXchange調查，受惠於智慧型手機與平板電腦暢銷，自2010年起DRAM供應商的生產重心由標準型記憶體逐漸轉往附加價值更高的行動式記憶體。從全球DRAM總營收角度觀察，行動式記憶體比重從2010年僅占14%大幅躍升至今年約35%，在未來兩年內仍將持續增加。
繆君鼎分析，以NAND Flash來看，目前的主流製程座落在1x奈米的範圍，坦白說，已經到達了物理微縮的極限，對製造業者來說，若要再繼續微縮下去，在投入的成本與晶片品質的拿捏與取捨上，就變得相當困難。
NAND Flash還可以分成MLC（Multi-Level Cell；多階儲存單元）、SLC（Single-Level Cell；單階儲存單元）與TLC（Triple-Level Cell；三階儲存單元)等三種架構。由於這三種架構各有不同的問題需要克服，各大廠們也都擁有相對拿手的技術架構，所以在1x奈米的範圍區間，各自就所面臨的問題來進行解決。
以三星為例，該公司就是TLC架構的擁護者，雖然單位容量的成本最低，但也有品質上的問題需要克服；反之，新美光則是相對支持MLC與SLC，但目前在單位成本仍高於TLC，所以致力於成本降低就是新美光需要努力的地方。預估2014年，NAND Flash在製程上不會有太大的突破。
DRAM方面，繆君鼎則是談到，目前主要的製程雖然座落在3x奈米的範圍，但在2014年就會轉向進入2x奈米懷抱。同理，一旦進入1x奈米的階段，也會與NAND Flash遇到同樣的情形，就是在成本與獲利上如何取得拿捏，這將會是DRAM業者值得注意的地方。此外，繆君鼎也呼應了DRAMeXchange所談到的，由於行動記憶體的獲利能力較高，所以DRAM業者在產品策略上，會優先把技術研發的重心放在行動記憶體上，一旦進入成熟期後，再將相同的製程放進NB或是PC所需要的標準記憶體產品，以提升整體公司的獲利。
DRAM先進製程將於2014年陸續往2x奈米移動。（Source：theloadstar.co.uk）
4. 3D IC：實現仍需時間
近幾年大家對於3D IC這個名詞也相當的耳熟能詳，不過嚴格來說，真正的3D IC必須透過TSV（矽穿孔）技術來實現。而我們也知道，3D IC之所以會有不少的討論，某種程度上跟摩爾定律遇到物理瓶頸有相當密切的關係，當平面微縮出現無法突破的障礙時，只好以堆疊的方式來增加電晶體的密度，或是完成異質裸晶的整合。但從先進製程或是記憶體的發展來看，現階段各項技術在平面微縮都尚有進步的空間存在。
另一方面，雖然在同質晶片（如記憶體領域）的堆疊較容易實現3D IC技術，但目前產業界所面臨的問題在於，封裝的成本過高，對於記憶體大廠來說，在追求獲利的前提下，不太可能輕易動用3D IC來進行記憶體的堆疊。以檯面上的記憶體大廠的動作來看，目前還是傾向在品質、製程與單位容量的精進來作為市場競爭的主要策略。換言之，短期內要看到3D IC出現在市場上恐怕不太容易，進一步的說，既然同質堆疊的3D IC無法實現，那麼異質堆疊的3D IC在未來幾年的時間內更不容易達成。
從獲利層面來看，若TSV若無法在同質裸晶上能有大量應用，那麼難度更高的異質裸晶堆疊要實現將更不容易（Source：www.i-micronews.com）
5. 類比半導體：技術演進不能急
在類比晶片的發展方面，儘管不是採用最為先進的製程，但在系統設計層級仍然佔有相當重要的份量，所以在技術發展上也格外引人注意。
Gartner類比晶片與電源管理IC分析師Steve Ohr認為，短時間內類比半導體的製程還不會有太大的進展，原因在於類比晶片採用先進製程後，無法發揮其應有的效能。以智慧型手機的電源管理晶片來說，較為先進的製程大多是180或是130奈米，像是iPhone的電源管理晶片出自Dialog之手，即採用130奈米製程來為蘋果進行客製化設計。
Steve更談到，美信有意將類比晶片的製程往90奈米推進，但他認為需要約三年的時間才能讓整個製程進入量產的階段。進一步來看，65奈米製程短期內要實現量產是極為困難的工作，至少也需要五年的時間來突破技術上的瓶頸。
從市場的角度分析，Steve預期獨立的電源管理晶片也將會有不錯的成長動能，其市場動力來源則是來自於伺服器與大型電腦應用。此外，像是自動化、智慧電網、智慧建築與智慧照明等，這些都是對大電壓轉換技術有高度需求的應用領域，也會帶動如IGBT、高壓的MOSFET與SiC（碳化矽）元件的市場成長。
另一方面，物聯網市場也會讓極低功耗的控制器、感測器與類比元件等有相當大的發揮空間，但這些元件的基本要求就是必須盡可能延長鈕扣電池的壽命。
結論
歸納來看，半導體產業在2014年，在技術層面上並不會有太大的進展，在諸多議題中，最快也必須等到2015年，才會有具體的成果展現。不過，由此可見，半導體的技術發展並不是一蹴可幾，而是循序漸進。但我們或許對2014年可以有這樣的解讀：它並非是大嗚大放但卻是為未來蓄積能量的一年。
【全文刊載於《CTIMES雜誌》2014年1月號】-- CTIMES粉絲團
