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日本半导体新五年计划-冲刺全球第一的新尝试

供稿人:吴磊  供稿时间:2005-8-1   关键字:半导体  日本  纳米  计划  
继2001年启动HALCA、ASUKA、MIRAI、DIIN四项计划,以及2003年启动ASPLA计划之后,日本半导体产业近期开始筹备新一轮五年计划。来自JSIA(The Japan Semiconductor Industry Association)的消息,新的五年计划被视为ASUKA计划的延续,预计当2006年3月ASUKA计划结束后立即启动。
新计划介绍
新五年计划分两部分:一个是SELETE(Semiconductor Leading Edge Technologies Inc)五年研发项目,每年投资预算100亿日元,探索45纳米和32纳米实际应用工艺。此次SELETE为了达到更高的研发效率,采用分层次的组织结构,在11个成员体中,一改以往扁平组织结构中各成员体作用不分轻重之弊端,以富士通(Fujitsu)、NEC电子(NEC Electronics)、瑞萨(Rensas)、东芝(Toshiba)四家公司为核心,依靠他们的技术领头作用,加速推动整个研发进展。这四家公司将会引领三大前沿技术研发:前端处理过程,着重于实际使用的金属门/高K材料;后端处理过程,着重于多孔低K材料;以及用于45纳米和32纳米节点半导体设备的EUV光刻技术和掩膜工艺。计划的另一部分是STARC(Semiconductor Technology Academic Research Center)五年研发计划,每年投资预算50亿日元,用于开发DFM(Design for Manufacturing)设计平台。
实施背景
这一次新的五年计划是日本在纳米半导体领域与美国竞争的进一步延续。
 
日本与美国在半导体领域的相互竞争由来已久。自1958年TI公司的Jack Kilby发明第一款集成电路,1959年Fairchild Semiconductor公司创始人之一的Robert Noyce发明可量产的平面工艺集成电路,从而进入半导体商用时代以来,全球半导体产业的技术进步主要来自以硅谷为首的全美地区,因此,在20世纪80年代以前,美国在半导体产业领域一直全球领先。
 
1976-1979年,在日本通产省出面组织下,以富士通、日立、三菱、NEC和东芝五大公司为骨干,联合日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所,投资720亿日元共同实施的VLSI研发计划获得巨大成功,连续多次在微米工艺DRAM方面超过美国。从而推动1982-1992年间日本半导体产业占有全球半导体市场份额的一半以上,取代美国坐上全球半导体产业首席。
 
而美国为了重新夺回头把交椅,除了通过政治途径对日本施加压力,更加制定了庞大的重整半导体产业的规划并投入巨额研发资金。1987年由美国IBM、TI、ATT、DEC、INTEL、MOTOROLA、AMD、LSI Logic、NS、HARRIS、ROCKWELL International、Micro-Tech和HP共计13主要半导体公司共同实施SEMATECH(半导体制造技术R&D联合体)计划,共有700名研发人员,耗时10年,每年投入2亿美元(一半由美国国防部高级研究计划局提供,一半由13家公司集资,按年销售额的1%提交),主攻IC制造工艺及其设备。此外,还有耗资10亿美元解决军用信号处理所需IC技术的VHSIC计划(1980-1989年),以及MIMIC计划(1986-2000年)和MECRO TECH计划(1991-2000年)。终于到了1993年,美国从日本手中重新夺回全球半导体产业第一宝座。自那时起,美国政府充分意识到半导体产业是事关国家经济和防卫安全的最重要的产业,坚持每年将半导体产业销售收入的25%用于技术研发和设备投资,从而将其在亚微米、深亚微米半导体领域的领先优势保持至今。
 
近几年,随着半导体技术日渐深入到纳米阶段,美国的领先地位开始受到日本威胁。由于日本纳米技术一直居全球领先地位,其始终没有放下的夺回第一的愿望因纳米半导体技术而重新变的强烈起来,整个半导体产业界再度掀起研发热潮。2001年起,日本提出了振兴半导体产业的五项中长期计划:HALCA、ASUKA、MIRAI、DIIN和ASPLA(表1)。
 
表1  日本纳米半导体五项中长期计划
计划名称
时间
预算
(亿日元)
资金
来源
参与成员
目标
HALCA
2001-2003财年[1]
80
METI[2]
(约50%)
14家公司
为SoC开发适用于每月2500片晶圆(130纳米)的迷你型生产线并降低功耗60%
ASUKA[3]
2001-2006财年
840
成员集资
14家公司
65纳米节点SoC工艺和设备
MIRAI
2001-2007财年
250
NEDO[4]
24家公司
20所大学
65-45纳米节点的基本的原料和工艺流程,高K(介电常数)栅绝缘膜技术
DIIN
2001-2007财年
125
成员集资
东北大学
及多家公司
利用迷你型工厂迅速生产数字家电SoC等高性能半导体,使制造成本降至1/10,设计制造周期由500天缩短为12.5天
ASPLA
2003年开始
100/年
成员集资
11家公司
在300毫米晶圆上建立65纳米芯片的标准工艺,促进日本半导体公司利用标准平台,使用不同技术开发自己的SoC产品,检验ASUKA和MIRAI计划的研发成果
注:[1] METI:Ministry of Economy, trade and Industry,日本通产省
      [2] NEDO:新能源和工业技术开发组织,METI分支机构
      [3] ASUKA与MIRAI计划于2004年夏季进行了合并。
      [4] 日本的一个财年是指从当年4月到下一年3月。
资料来源:ISTIS收集整理
 
到了2005年中,这一轮五项计划总体进程已经过大半,日本半导体产业界又开始考虑实施新的计划。基于此背景,根据SIRIJ(日本半导体工业研究院,业界智囊机构)于2004年6月提出的第二期SNCC(Semiconductor New Century Committee)建议,新五年计划开始出台。
对日本的意义
笔者认为,日本半导体产业界此次新五年计划的出台,有着不同于一般的意义。体现在两个方面:
 
第一,这次五年计划很有可能是日本半导体产业出台新一轮系列研发计划的前奏。因为一方面,当前的一轮计划已经进程大半,制定新一轮计划已经是摆在眼前的事情;另一方面,由于最近两三年尤其是2004年全球半导体产业的快速发展,当前的技术和市场与2001年的相比已经大不相同,最初制定的计划目标已经不具有足够的前瞻性和指导性。例如2003年开始实施的ASPLA计划,最初将目标定位于在300毫米晶圆上建立90纳米节点半导体标准工艺,可是由于全球半导体技术进步太快,新技术转化为实际产品的周期加速缩短,结果到了2004年下半年,ASPLA又将工艺目标扩充至65纳米节点。预计,新一轮计划将在2006年陆续出台。
 
第二,这次新的五年计划也是日本半导体产业界试图以一种新的、更有效率的方式进行研究的尝试。自当前一轮计划实施以来,日本半导体产业各界一直在抱怨各计划的相互重叠和领导上的不协调造成了研发进展缓慢、资金重复浪费严重等诸多弊端。以ASUKA和MIRAI计划为例,在前半期的实施过程中,由于两个计划各自独立进行的,面向ASPLA移植的界面过多,没有整合优势力量,不仅造成研发费用浪费,还大幅提升了风险,因此,在2004年夏季,日本政府出面将两个计划进行了合并。有了前车之鉴,这次新五年计划特别采用了一种新的领导方式,除了以4大公司为核心,还特别给予SELETE项目总裁一种权力,可以统一领导在日本Tsukuba的超洁净实验室进行的所有研发项目(新计划和ASUKA、MIRAI计划都在此实施)。日本半导体产业界希望通过这种方式,可以更好的结合产业界、学术界和国家的力量。
 
给我们的启示
 
日本半导体产业不断尝试着冲刺全球第一,美国半导体产业也努力捍卫着他的第一。为什么第一总在他们之间交替?作为全球半导体产业的先行者,美国、日本半导体产业固然有其历史悠久的优势,但笔者认为,这不是强大的根本。根本原因在于他们对半导体产业的认识。
 
半导体产业的发展无疑需要庞大的投入。从美、日半导体之争的历史来看,双方都投入了巨额的研发资金保障技术的领先。半导体产业的发展无疑也需要广泛的合作。即便业内领袖企业,也没有谁能独力承受起半导体基础研发、应用研发的巨大智力和财力的消耗。美、日一系列半导体计划的参与者的数量和广泛程度都无与伦比,一项技术研发,几乎集中了这个领域所有主要的公司和研究机构。半导体产业的发展无疑还需要来自政府的全力支持。做基础研发常常是吃力不讨好的事,整个半导体产业链,从设计、制造到封装、测试,美国和日本都是政府出钱做大量的基础研发工作,然后提供给所有本国公司。
 
这些都是做强半导体产业最基本的认识,仅有这些认识还不足够。
 
制定一个好的计划只是开始,能否用最小的力气做到最好的结果,关键还在于实施过程。当前日本各项半导体计划的实施过程让人怨声载道,所以,新五年计划比起当前各项计划更重视实施过程当中的合作与效率。不重视实施过程的情况在中国也很普遍。计划的实施,不仅仅是政策颁布好、资金投入下去就可以了,还得促进各方的紧密合作,时时倾听不协调的声音。
 
类似日本半导体产业对ASPLA、ASUKA和MIRAI计划的调整,重视适时对计划进行调整在中国半导体产业甚至更广范围的IT产业中还没有得到足够的认识和传播。笔者曾经做过关于国内各地方IT产业计划实施情况的研究,发现大多数地方都提前一两年完成了计划目标,这当然是一件值得兴奋的事情,但结论的背后,却也凸显了计划不完善的地方——缺乏对计划适时调整。IT产业是中国所有产业中增长速度最快的,在计划制定之初没有预料到如此惊人的增速是很正常的,可是如果到了实施过程当中发现原先制定的计划已经不能指导形势发展的方向,那么,对计划适时调整就是必须的了。可惜,很多地方在这方面的工作没有做足,制定好五年计划后就再也不去动它了。不过,笔者也发现少数地方会有计划的修订版,例如《广东省国民经济和社会信息化“十五”计划(2003年修订版)》,这种认识的深浅差异与地方产业发展的程度不同应该不无关系吧。
主要参考文献

[1]Yoshiko Hara. Japan IC industry puts teamwork in R&D plans. EETIMES.
[2]翁寿松. 从美日之争看微纳米半导体技术的研究与发展. 微纳电子技术,2003.3.
[3]Yoshiko Hara. 后PC时代日本再行“联合研究开发计划”. 电子工程专辑.
[4]宋凯. 2004年日本半导体产业政策有重大调整. 上海情报服务平台.


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