6 月 9 日報(bào)道，今日，2021 世界半導(dǎo)體大會暨南京國際半導(dǎo)體博覽會正式開幕。
在上午的高峰論壇上，中國工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長吳漢明著重分享了后摩爾時(shí)代的芯片挑戰(zhàn)與機(jī)遇。吳漢明院士曾任中芯國際技術(shù)研發(fā)副總裁，長期工作在我國集成電路芯片產(chǎn)業(yè)并做出突出貢獻(xiàn)。
在演講期間，他完整回顧半導(dǎo)體行業(yè)如何從摩爾定律時(shí)代跨入后摩爾時(shí)代，分享了芯片制造存在哪些挑戰(zhàn)、后摩爾時(shí)代帶來的機(jī)遇、全球化受阻的影響和發(fā)展方向等話題，并專門討論面向后摩爾時(shí)代集成電路潛在顛覆性技術(shù)。
其總體討論內(nèi)容如下：
一、回顧摩爾定律發(fā)展，全球化不可替代
什么是摩爾定律？1965 年，英特爾創(chuàng)始人戈登?摩爾提出，在價(jià)格不變時(shí)，集成電路上的晶體管密度每年加倍，性能也提升一倍。
做了十年后，他發(fā)現(xiàn)不行，賺來的錢不夠支撐研發(fā)，到 1975 年改口說單位面積芯片上的晶體管數(shù)量每兩年增加一倍。這一提法持續(xù)了近 50 年。
上世紀(jì) 70 年代，1 個晶體管價(jià)值達(dá) 1 美元，現(xiàn)在 1 美元能買幾百萬個晶體管，也就是說，當(dāng)今每個晶體管價(jià)格僅有當(dāng)初的百萬分之一。
從 2G 時(shí)代的 130nm 發(fā)展到 14nm、5nm，摩爾定律發(fā)展支撐了通信技術(shù)、AI 發(fā)展。
如圖，到 2015 年，下面 4 條特征線接近瓶頸，難以繼續(xù)提升，唯有晶體管密度繼續(xù)沿著摩爾定律向上發(fā)展。但在 2014 年左右，大概 28nm 時(shí)，100 萬晶體管的價(jià)格為 2.7 美分，到 20nm，這一價(jià)格增至 2.9 美分，單個晶體管價(jià)錢在往上漲，這就違背了摩爾定律的初衷 —— 價(jià)格不變。
我國專家許居衍院士曾在 1992 年的中國電子學(xué)會第五次學(xué)術(shù)年會文集中預(yù)測，摩爾定律 2014-2017 年失效，但硅基生命還很長。
吳漢明院士認(rèn)為，我國集成電路產(chǎn)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是產(chǎn)業(yè)鏈太長、太寬，例如我國在裝備領(lǐng)域，光刻機(jī)尚需攻關(guān)，在多個關(guān)鍵材料方面仍依賴進(jìn)口。
每年半導(dǎo)體在全球流通達(dá) 1 萬 7 千億美元，這種流通使得集成電路能沿著摩爾定律發(fā)展到如今欣欣向榮的狀態(tài)。
從集成電路產(chǎn)業(yè)鏈整體分布來看，IP EDA 基本被美國壟斷；而中國大陸在多個細(xì)分產(chǎn)業(yè)占比較小。美國曾做一個評估，如果美國要建立一個完全自主可控產(chǎn)業(yè)鏈，成本約達(dá) 9000 億～12000 億美元，將導(dǎo)致漲價(jià) 35%~65%。
從具體的芯片制造裝備來看，ASML 占據(jù)了光刻裝備大頭，我國廠商的刻蝕、清洗等裝備已經(jīng)進(jìn)入芯片制造大生產(chǎn)線，但這些裝備目前還沒進(jìn)入非常高端的生產(chǎn)線應(yīng)用。
二、芯片制造的三大核心挑戰(zhàn)
吳漢明院士總結(jié)了芯片制造工藝的三大挑戰(zhàn)：
1、基礎(chǔ)挑戰(zhàn)：精密圖形?，F(xiàn)在主要先進(jìn)工藝 193nm 波長的光源能曝光出 20-30nm 的圖形，如果還記得中學(xué)光學(xué)基本知識，當(dāng)波長遠(yuǎn)大于物理尺寸，分辨率會非常模糊。
2、核心挑戰(zhàn)：新材料、新工藝。有 64 種新材料支撐了摩爾定律的發(fā)展，技術(shù)往前走，如果沒有新材料，性能也上不來。如圖可以看到，新材料支撐著性能的提升。
3、終極挑戰(zhàn)：提升良率。這是所有芯片企業(yè)最艱難、頭疼的挑戰(zhàn)，工藝流程中會累積大量統(tǒng)計(jì)誤差，如果良率提升上不來，不算成功。
從技術(shù)趨勢來看，后摩爾時(shí)代需要產(chǎn)業(yè)三驅(qū)動、技術(shù)八內(nèi)容、PPAC 四目標(biāo)。
三、后摩爾時(shí)代技術(shù)發(fā)展趨緩，追趕者機(jī)會大
在吳漢明院士看來，隨著摩爾定律發(fā)展速度慢下來，這給了追趕者機(jī)會。
許居衍院士曾提出后摩爾時(shí)代有 4 類技術(shù)方向：（1）主流方向是硅基馮諾依曼架構(gòu)，其瓶頸是功耗和速度的平衡問題；（2）類硅模式是延續(xù)摩爾定律的主要技術(shù)；（3）最近類腦模式也很熱門，有產(chǎn)業(yè)前景；（4）新興范式是非常前沿的未來集成電路發(fā)展方向，屬于基礎(chǔ)研究范疇，最近 5-10 年可能看不到產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。
從制程節(jié)點(diǎn)分布來看，10nm 節(jié)點(diǎn)以下先進(jìn)產(chǎn)能 17%，83% 的市場集中在 10nm 以上節(jié)點(diǎn)，成熟制程等市場發(fā)展有巨大市場和創(chuàng)新空間，需要高度重視。臺積電的一些成熟制程占比也在增長。
設(shè)計(jì)公司最關(guān)心系統(tǒng)性能，吳漢明院士也看到了國內(nèi)公司的一些成果。
比如國內(nèi)創(chuàng)企芯盟采用 40nm 工藝做出高性能異構(gòu)集成單芯片，再比如紫光國芯 SeDRAM 采用直接鍵合異質(zhì)集成工藝，每 Gbit 帶寬高達(dá) 34GB/s、能效達(dá) 0.88pJ/bit。
四、商業(yè)成功是檢驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新的唯一標(biāo)準(zhǔn)
其實(shí)我們集成電路在上世紀(jì) 50 年代并不落后，產(chǎn)能領(lǐng)先日本兩年、落后美國六年，但到 1996 年，我們已經(jīng)落后日本 20 年。產(chǎn)能提升刻不容緩。
吳漢明院士對芯片過熱的說法提出質(zhì)疑。他認(rèn)為，過熱原因是忽悠的人多，認(rèn)真做芯片的人太少，他援引芯謀研究顧文軍的數(shù)據(jù)，按這樣節(jié)奏發(fā)展下去，制造 GAP 將有 8 個中芯國際的產(chǎn)能。
隨后，他引用了《中國科學(xué)報(bào)》關(guān)于樹立產(chǎn)業(yè)技術(shù)導(dǎo)向的科技文化的內(nèi)容。
1、產(chǎn)業(yè)技術(shù)不是科研機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化后的應(yīng)用開發(fā)，而是引導(dǎo)科研的原始動力。
2、目標(biāo)導(dǎo)向的研究不看什么新成果，而是看產(chǎn)業(yè)技術(shù)有什么需求。
3、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)是單點(diǎn)突破，但產(chǎn)業(yè)需要面的突破，不能有明顯短板，要考慮綜合因素。實(shí)驗(yàn)室技術(shù)也許能解決 90% 的要求，但余下 10% 可能要再花 10 倍的精力。
4、堅(jiān)持全球化技術(shù)發(fā)展路線，理念上要做重大調(diào)整，認(rèn)可提倡企業(yè)創(chuàng)新命運(yùn)共同體。
在吳漢明院士看來，要努力建設(shè)產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)的科技文化，商業(yè)成功是檢驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新的唯一標(biāo)準(zhǔn)。
吳漢明院士還分享了技術(shù)研發(fā)三步曲。
最后，吳漢明院士也順帶提及浙江大學(xué)正在打造的 12 英寸成套工藝研發(fā)平臺。他希望加速舉國體制下的公共技術(shù)研發(fā)平臺建設(shè)。
結(jié)語：更多進(jìn)展敬請期待
當(dāng)前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入調(diào)整期，風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并行。包括吳漢明院士在內(nèi)，一眾國內(nèi)外產(chǎn)學(xué)界專家分別圍繞集成電路設(shè)計(jì)、制造、軟件、封測、材料等不同環(huán)節(jié)，分享前沿的產(chǎn)業(yè)及技術(shù)見解。
除了舉行論壇外，大會同期還舉辦專業(yè)博覽會，規(guī)模達(dá) 18000 平米，比去年增加 50%，更是匯集了臺積電、中芯國際等芯片制造公司，新思科技、芯華章等 EDA 軟件公司，瀾起科技、大魚半導(dǎo)體等芯片設(shè)計(jì)公司，日月光、長電科技等半導(dǎo)體封測公司，中微半導(dǎo)體等設(shè)備公司，長晶科技等半導(dǎo)體器件公司，安集微電子、泉州三安等半導(dǎo)體材料公司在內(nèi)的 300 余家展商。
同時(shí)，上海、廣東、陜西、泉州、珠海、淄博、天津等省市還將組團(tuán)參展，全產(chǎn)業(yè)鏈展示國內(nèi)外半導(dǎo)體領(lǐng)域的科技創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用成果。
接下來，芯東西將在世界半導(dǎo)體大會期間發(fā)來更多報(bào)道。
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