國產(chǎn)高端測試儀器市場困局何解
2022-03-01
當今時代，科技迅猛發(fā)展、芯片量呈幾何倍數(shù)增長，芯片已經(jīng)進入融合的時代。從無人駕駛到虛擬現(xiàn)實、從人工智能到云計算、從5G到物聯(lián)網(wǎng)，一顆芯片上承載的功能越來越多，芯片工藝越來越復雜，新器件類型層出不窮，眾多驅動因素的推動對半導體測試技術不斷提出新的要求。
行業(yè)需要更加面向未來需求的測試系統(tǒng)和方案，來打破傳統(tǒng)儀器固有的不足和局限。
以半導體器件測試來看，在先進器件研究過程中，新材料、新結構與新工藝的應用都可能帶來未知的變化。研究者不但要關注精確的靜態(tài)電流電壓特性，更希望觀察到細微快速的動態(tài)行為。同時隨著半導體尺寸不斷減小，一些現(xiàn)象需要在極短的時間內才能觀察到，例如MOS器件的BTI效應，因此，對包括短脈沖測試(PIV)在內的新技術提出了要求。
前不久，概倫電子與北京大學集成電路學院及上海交通大學電子信息與電氣工程學院聯(lián)合研發(fā)的新一代高精度快速波形發(fā)生與測量套件FS-Pro HP-FWGMK正式發(fā)布，填補了其半導體參數(shù)測試系統(tǒng)FS-Pro在短脈沖測試的空缺，同時也填補了國內短脈沖測試技術的空缺。
高端測試儀器FS-Pro“如虎添翼”
據(jù)了解，此次發(fā)布的最新一代高精度快速波形發(fā)生與測量套件FS-Pro HP-FWGMK由黃如院士在北京大學和上海交通大學的團隊與概倫電子聯(lián)合研發(fā)。作為短脈沖測試技術的先行者，黃如院士團隊經(jīng)過了十余年的努力，在實踐過程中掌握了一整套短脈沖產(chǎn)生、測量以及分析技術。概倫電子基于其提供的包括測試方法、電路原型、方案框架、版圖設計及PIV應用在內的指導意見繼續(xù)精細開發(fā)，滿足高增益與高帶寬的同時，有效抑制放大電路的非線性失真，最終實現(xiàn)了最小脈寬130ns的高精度測量。
概倫電子FS-Pro半導體參數(shù)測試系統(tǒng)
概倫電子的半導體參數(shù)測試系統(tǒng)FS-Pro是一款功能全面、配置靈活的半導體器件電學特性分析設備，在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)了電流電壓(IV)測試、電容電壓(CV)測試、脈沖式IV測試、任意線性波形發(fā)生與測量、高速時域信號釆集以及低頻噪聲測試能力。
此次增加短脈沖IV(PIV)技術后，F(xiàn)S-Pro更是如虎添翼，幾乎所有半導體器件的低頻特性表征都可以在FS-Pro測試系統(tǒng)中完成，可廣泛應用于各種半導體器件、LED材料、二維材料器件、金屬材料、新型先進材料與器件測試等。
其全面而強大的參數(shù)測試分析能力極大地加速了半導體器件與工藝的研發(fā)和評估進程，并可無縫的與概倫電子低頻噪聲測試系統(tǒng)9812系列集成。
據(jù)了解，概倫電子噪聲測試系統(tǒng)9812系列是全球半導體行業(yè)業(yè)內低頻噪聲測試的“ 黃金標準”，為半導體行業(yè)先進工藝研發(fā)、器件建模和高端電路設計提供了更加完整而又高效的低頻噪聲測試及分析解決方案，可以滿足各種不同工藝平臺下半導體器件和集成電路低頻噪聲測試的需求。FS-Pro快速的DC測試能力進一步提升了9812系列產(chǎn)品的噪聲測試效率和吞吐量，性能相較同類型產(chǎn)品獲得大幅度提升，并將在噪聲測試的業(yè)內領先技術擴展到通用半導體參數(shù)測試。
基于在產(chǎn)線測試與科研應用方面的優(yōu)異表現(xiàn)，F(xiàn)S-Pro全面的測試能力在科研學術界受到了廣泛關注和認可，已被數(shù)十所國內外高校及科研機構所選用，同時也被眾多芯片設計公司、代工廠和IDM公司所釆用。
國產(chǎn)高端測試儀器新突破
縱觀行業(yè)現(xiàn)狀，測試測量儀器屬于高端科研儀器設備，需要長時間積累，特別考驗一個國家基礎技術的厚度。由于國內本土測量儀器行業(yè)起步較晚，主營電子測試測量儀器的企業(yè)數(shù)量少，發(fā)展情況也不盡相同，目前我國的產(chǎn)品結構主要集中在中低端，大部分企業(yè)仍處于仿制研發(fā)的階段，僅有小部分企業(yè)走向應用研發(fā)的轉型之路。
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國電子測量儀器的市場規(guī)模由2016年的28.72億美元增至2021年的50.39億美元，預計2022年將進一步達到53.14億美元。面對國內如此巨大的市場需求，以及受國外隱形技術壁壘等因素制約，國內市場仍被掌握在國外儀器儀表廠商手中，高端產(chǎn)品依賴進口，行業(yè)類第一梯隊公司主要為是德科技（(Keysight）、泰克（Tektronix）、羅德與施瓦茨(R&S)等歐美企業(yè)。
國內測量儀器與國際水平相比，在產(chǎn)品結構、高端產(chǎn)品的技術水平、市場占有率等方面存在較大差距，亟待國內本土企業(yè)填補高端儀器的技術和市場空白。
在這種情況下，提高企業(yè)的研發(fā)力度成為了電子測量儀器行業(yè)發(fā)展的關鍵點之一。同時伴隨著強烈的自主可控需求，國產(chǎn)高端測試測量儀器市場在近幾年迎來高速增長。
概倫電子的半導體參數(shù)測試系統(tǒng)FS-Pro作為高端測試儀器的代表之一，在先進器件和材料等領域的測試表現(xiàn)非常出色，集 IV、CV、1/f noise及PIV測試等于一體，高精度、低成本、綜合的半導體器件表征分析能力靈活滿足各種用戶的不同測試需求，大大節(jié)省了測試設備采購開支。
同時，工業(yè)標準的PXI模塊化硬件結構，通用的軟件平臺，內置測量軟件提供數(shù)百個預定義的測試模板和功能，實現(xiàn)即插即用體驗，使FS-Pro成為了半導體器件與先進材料研究方面的得力助手，產(chǎn)品性能直接對標是德科技等行業(yè)巨頭的高端測試儀器。
近年來，隨著半導體行業(yè)的快速發(fā)展，對測試測量儀器的需求在逐漸擴大。當前中國的半導體測試測量行業(yè)在飛速發(fā)展中，可以預見的是，復雜的國際關系背景和市場需求的雙重驅動下，關鍵領域的國產(chǎn)化成為競爭焦點，自上而下的產(chǎn)業(yè)政策和企業(yè)突圍將加速自主可控產(chǎn)業(yè)鏈的成長，國產(chǎn)半導體測量儀器迎風口。
隨著概倫電子在中高端產(chǎn)品領域取得突破，將會使其成為國內該行業(yè)的領頭羊，有望引領該領域的國產(chǎn)化替代浪潮。
概倫電子產(chǎn)品布局日臻完善
半導體器件特性測試是對集成電路器件在不同工作狀態(tài)和工作環(huán)境下的電流、電壓、電容、電阻、低頻噪聲、可靠性等特性進行測量、數(shù)據(jù)采集和分析，以評估其是否達到設計指標。
概倫電子半導體參數(shù)測試系統(tǒng)FS-Pro能夠支持多種類型的半導體器件，具備精度高、測量速度快和可多任務并行處理等特點，能夠滿足晶圓廠和集成電路設計企業(yè)對測試數(shù)據(jù)多維度和高精度的要求。半導體器件特性測試儀器采集的數(shù)據(jù)是器件建模及驗證EDA工具所需的數(shù)據(jù)來源，兩者具有較強的協(xié)同效應。隨著下游晶圓廠客戶產(chǎn)能擴張，相關測試需求或將進一步釋放。
在制造類EDA工具方面，概倫電子的器件建模及驗證EDA工具已經(jīng)取得較高市場地位，被全球大部分領先的晶圓廠所采用和驗證，主要客戶包括臺積電、三星電子、聯(lián)電、格芯、中芯國際等，在其相關標準制造流程中占據(jù)重要地位。使用該EDA工具生成的器件模型通過國際領先的晶圓廠提供給其全球范圍內的集成電路設計方客戶使用，其全面性、精度和質量已得到業(yè)界的長期驗證和廣泛認可。
在此基礎上，通過半導體器件特性測試儀器與EDA工具的聯(lián)動，能夠打造以數(shù)據(jù)為驅動的EDA解決方案，緊密結合并形成業(yè)務鏈條，幫助晶圓廠客戶有針對性的優(yōu)化工藝平臺的器件設計和制造工藝，不斷拓展產(chǎn)品的覆蓋面，進一步為概倫電子打造完整的制造EDA流程豐富了現(xiàn)有技術及解決方案。
目前概倫電子主要產(chǎn)品及服務包括制造類EDA工具、設計類EDA工具、半導體器件特性測試儀器和半導體工程服務等。從其產(chǎn)品布局和發(fā)展歷程來看，概倫電子在具備高價值的落地場景和應用需求的前提下，用相對較短的時間、較小的人員規(guī)模和投入，打造了全新的設計方法學和流程，逐漸形成了具有技術競爭力的EDA工具、測試產(chǎn)品和工程服務，并在國際主流市場獲得產(chǎn)品驗證機會，在多環(huán)節(jié)和維度上實現(xiàn)了對國際EDA巨頭全流程壟斷的突破。
產(chǎn)學研模式新探索
上文提到，此次FS-Pro HP-FWGMK套件的發(fā)布是概倫電子與北京大學集成電路學院及上海交通大學電子信息與電氣工程學院聯(lián)合研發(fā)的產(chǎn)物，在填補了半導體參數(shù)測試系統(tǒng)FS-Pro在短脈沖測試空缺的同時，也代表了國內產(chǎn)學研深度合作的典范。
當前，在國產(chǎn)EDA的發(fā)展過程中，人才是關鍵，創(chuàng)新求變正在重塑新的核心競爭力。EDA核心技術的突破沒有捷徑可走，需要持續(xù)吸引各種人才、加強產(chǎn)學研合作和保持高研發(fā)投入，長期堅持技術沉淀，通過客戶需求引導，才有可能形成新的突破。
在當前行業(yè)背景和發(fā)展現(xiàn)狀下，概倫電子正在探索以產(chǎn)教融合方式來培養(yǎng)項目和推動EDA技術和人才發(fā)展的新模式，攜手各界通力合作，共同應對后摩爾時代技術與市場的雙重挑戰(zhàn)，構建中國EDA產(chǎn)業(yè)命運共同體，致力于突破困局并最終實現(xiàn)超越。
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