半导体研发危机?

研究和开发是半导体行业中有时被遗忘但却至关重要的因素。精巧的研发生态系统使许多关键的业务突破成为可能。

但在研发领域的两条战线上，如果不是一场危机，也可能出现一种令人不安的趋势。一方面，半导体技术的研发成本在每个节点上都在上升。更高的研发成本不仅使供应商更难转移到下一个节点，而且也给预算带来了压力，并导致了当前IC行业的整合浪潮。

在另一方面，亚洲和欧洲的研发机构正在扩大他们的努力，而美国正在后退一步。一个恰当的例子是:美国主要的芯片研发联盟Sematech正在半途途废，至少作为一个独立的组织是这样。

Sematech的问题从三月份开始显现，当时英特尔证实该公司已退出研发联盟。随后,三星而且台积电已经撤出Sematech，离开GlobalFoundries据多位业内人士透露，作为该组织仅存的几个成员之一。

然后，在2015年5月，Sematech失去了独立芯片联盟的地位——它被毫不客气地并入了纽约州立大学理工学院(SUNY Poly)，这是纽约的一个高科技大学系统。消息人士称，Sematech仍然存在于纽约州立大学保利分校，但它遵循的是一个新的、未经测试的章程。Sematech和纽约州立保利大学拒绝置评。

英特尔、三星和台积电仍然是全球450联盟(G450C)的一部分，G450C是由纽约州立大学保利大学赞助的450mm项目，但与Sematech独立。G450C仍然活跃，尽管450mm技术已被无限期搁置。

无论如何，Sematech作为一个以成员为基础的芯片联盟的前章程只是完成了它的使命。处于领先地位的芯片制造商越来越少，因此供应商必须合理安排他们的研发资金，并与更少的研究伙伴合作，以避免重复。

例如，Sematech目前和以前的成员，如GlobalFoundries、英特尔、美光、三星、台积电等，目前属于一个竞争对手的研发组织——总部设在比利时IMEC．事实上，许多高科技跨国公司不仅涌向Imec，而且也涌向其他非美国的跨国公司。研究机构，如A*Star和东航Leti．这些机构用新的资金和最先进的设施吸引跨国公司。

“有趣的是，Imec取得了相对的成功。Sematech做得不太好，有点被淘汰了。最近，英特尔宣布退出。三星还宣布退出Sematech，”咨询公司半导体顾问(Semiconductor Advisors)总裁罗伯特·梅尔(Robert Maire)说。“我发现有趣的是，我们无法支持一个组织，至少是在美国的持续基础上，它就像Imec在欧洲所做的那样，是一个研究清算所。我不知道这个问题是否能够解决，或者是否会解决，但肯定这是一个持续的问题。”

其他人对美国的研发状况有不同的看法。“如果你看看美国的公司，你会想到英特尔和美光(Micron)。同样，如果你看看无晶圆厂方面，你有高通和其他公司。从这个角度来看，美国肯定没有失去优势，而且不会很快失去优势，”超大规模集成电路研究公司总裁Risto Puhakka说。

普哈卡说:“真正的问题是美国大学和国家研究所在基础研究方面发生的事情。”“从美国政府的角度来看，是否有兴趣发展和资助这类活动?这就是问题所在。这些公司被迫收拾残局。”

研发危机?
普哈卡指的是一个令人不安的研发趋势:根据美国国家科学基金会(NSF)的一份新报告，2015年美国联邦研发经费预计将达到1337亿美元，比2014年仅增长2%。根据NSF的数据，在这些数据中，美国对基础研究(研发的命脉)的资助预计将在2015年下降1%。

乐观的一面是，IC Insights的数据显示，2014年全球排名前十的芯片制造商仅在研发方面就投入了318亿美元，比2013年增长了11%。研发占销售额的比例保持在16.9%的健康水平。

但随着时间的推移，芯片制造商越来越难以保持领先地位。IC设计和制造成本飙升只是问题的一部分。咨询公司艾睿铂(AlixPartners)最近的一份报告显示:“更高的研发成本意味着能够持续创新的公司更少，这就导致了更大的整合动力。”

事实上，集成电路行业正在经历新一轮的并购活动。根据这一趋势，并购活动可能会加速。

例如，Gartner的数据显示，平均而言，集成电路设计成本预计将从28nm的3000万美元，到14nm的8000万美元，再到10nm的1.2亿美元。

根据AlixPartners的数据，每个节点仅工艺技术成本就增加了约35%。据GlobalFoundries称，开发16nm/14nm工艺的成本约为13亿美元，而28nm工艺的成本为9亿美元。

在fab工具方面，CVD、蚀刻和相关齿轮的开发成本也很高。“如果你看看开发一套新设备的成本，通常是1亿美元，”Lam Research新兴业务副总裁杰夫·马克斯(Jeff Marks)在最近的一次演讲中说。

令人惊讶的是，分析人士说，多年来，该行业已经花费了140亿至210亿美元来开发极紫外(EUV)光刻技术。尽管有这样的投资，EUV仍然不具备商业可行性。

总而言之，芯片制造商和晶圆设备供应商必须在一个充满挑战的环境中仔细分配他们的研发资金，并做出正确的赌注。三星半导体研发中心执行副总裁钟彬娴(E.S. Jung)说，随着成本上升，整个行业必须比以往任何时候都更加合作。Jung在最近的一次活动中说:“我们的研发中心同时进行三个节点。“我们怎么才能做到呢?”我们需要工具、材料和开放式创新。而且，我们自己也做不到。”

事实上，大多数供应商都与不同的研发伙伴合作。但与贝尔实验室(Bell labs)和IBM主导研发领域的美国中央研究实验室的辉煌时代相比，现在已经发生了很大变化。

在20世纪80年代，美国出现了Sematech和SRC。在欧洲，Imec从几乎默默无闻的公司发展成为先进半导体研发的最重要来源之一。此外，法国的CEA-Leti也在不断扩大。2014年，欧盟启动了“地平线2020”计划，这是欧洲有史以来最大的高科技研发努力，未来七年将提供近800亿欧元(889亿美元)的资金。

亚洲仍然是研发活动的温床。例如，去年，新加坡研发机构A*Star和一群跨国公司在新加坡设立了四个研发实验室，分别位于光刻、计量、包装和组装等领域。今年，A*Star和其他公司在新加坡发起了纳米压印和扇形包装联盟。

“如果你看看美国以外，特别是中国和韩国，他们正在大力投资半导体行业的基础设施。中国正在半导体行业投入超过1000亿美元。”“我们所看到的是一种竞争动态，美国将更难保持未来的竞争力，除非我们作为一个国家在这个领域进行更多的投资。”

Sematech怎么样?
在美国，情况好坏参半。美国芯片制造商和晶圆加工工具供应商继续投资于研发。SRC继续坚持自己的立场。今年早些时候，几家公司在美国成立了碳化硅(SiC)制造联盟

另一方面，美国政府实验室和大学面临着更多的预算削减。另一个问题是Sematech发生了什么?

上世纪80年代，美国半导体行业对日本芯片制造商抢占市场份额感到担忧，于是在1987年成立了Sematech。Sematech最初的成员包括IBM、英特尔、惠普、美光和德州仪器。作为其使命的一部分，Sematech希望汇集他们的研发资源，开发新技术，以夺回在芯片和晶圆厂设备领域失去的份额。

在20世纪90年代完成了许多目标后，Sematech修改了章程。随着时间的推移，它从一个以美国为中心的财团转变为一个国际研发巨头。它招收了来自亚洲和欧洲的芯片制造商和工具供应商。

然而，据Sematech的一位前成员透露，该公司最近在从一个自给自足的会员制组织向纽约州的公私筹资模式转型时，遇到了各种问题。“它的长期行业成员的权威被边缘化了。合作陷入僵局，财团解体，最终解散。”

“英特尔非常实用。台积电和三星也是如此。成员们可能会质疑，如果我们在这里投入(一定的)资金，那么我们能得到什么回报，”VLSI Research的Puhakka说。“Sematech周围的世界也在发生变化。考虑到行业的整合，寻找合作伙伴是一件很难的事情。”

现在，作为其未经检验的新章程的一部分，Sematech被并入了纽约州立大学保利分校。保利纽约州立大学将继续进行基础研发。Puhakka说:“纽约州立大学将从Sematech获得制造资产。”“从根本上说，这是Sematech业务模式的一次重大重组。它曾经是一个会员驱动的商业模式。现在，它更像是一个项目驱动的商业模式。Sematech拥有多个卓越中心。公司可以签约并获得这些项目的成果和知识产权。”

根据Puhakka的说法，Sematech将继续其先进的CMOS、光刻和晶圆厂设备计划。它还将把太阳能列入清单。

然而，这些计划的延续取决于几个因素。“一旦他们转向以项目为导向的模式，就会有项目得不到支持。然后，会有新的项目得到支持。这是一种市场驱动型的方法。这将决定他们能有多成功。”

Sematech以及其他全球研发机构面临的问题是，用于研发的资金是有限的。随着集成电路行业的成熟和整合，组织将不得不为这些美元而战。此外，它们必须与生命科学、能源和安全等增长更快、或许更关键的行业竞争资金。