《電子技術(shù)應(yīng)用》
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后摩爾時(shí)代,集成電路“兩大壁壘”如何闖

2021-05-14
來(lái)源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: 后摩爾時(shí)代 集成電路

  “‘忽悠’式的芯片投資可能過(guò)熱,但我們真正做芯片的人才非常緊缺,‘后摩爾時(shí)代’,我們的創(chuàng)新空間和追趕機(jī)會(huì)很大!”近日,中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心領(lǐng)域首席科學(xué)家吳漢明在中國(guó)工程院舉辦的“先進(jìn)集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新”論壇上為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提振信心。

  “摩爾定律”是集成電路行業(yè)所遵循的規(guī)律,是指價(jià)格不變時(shí),集成電路上可容納的晶體管數(shù)目,每隔18~24個(gè)月便會(huì)增加一倍,器件性能亦提升一倍。

  然而,近年來(lái),諸多數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,晶體管數(shù)目增加逐步放緩,半導(dǎo)體行業(yè)更新迭代速度減慢。

  在吳漢明看來(lái),隨著工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn),摩爾定律越來(lái)越難以持續(xù),集成電路產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入“后摩爾時(shí)代”,要堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向,合作共贏。

  趨緩的摩爾定律給追趕者機(jī)會(huì)

  過(guò)去60余年,集成電路以驚人的速度在縮小,現(xiàn)在1平方厘米硅片上可以集成超過(guò)50億個(gè)晶體管。從電子管計(jì)算機(jī)發(fā)展到智能手機(jī),微觀器件的加工面積縮小了萬(wàn)億級(jí)。縮小還將持續(xù)嗎?

  事實(shí)上,早在1992年,中國(guó)工程院院士許居衍便成功預(yù)測(cè),2014~2017年,人類將進(jìn)入硅技術(shù)生命曲線上的拐點(diǎn),即將進(jìn)入“后摩爾時(shí)代”。

  這不難理解,芯片不可能無(wú)限縮小,集成電路晶體管也不會(huì)無(wú)限增加,性能、功耗、成本等總有一個(gè)要素會(huì)逼近極限。

  “后摩爾時(shí)代”來(lái)臨,中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)面臨重大機(jī)遇。吳漢明指出,當(dāng)前,我們面臨兩大壁壘。其一是政策壁壘,主要來(lái)自巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)、瓦森納協(xié)議的困鎖,先進(jìn)工藝、裝備材料和設(shè)計(jì)、EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)軟件等產(chǎn)業(yè)鏈的三大環(huán)節(jié)被“卡脖子”。

  其二則是產(chǎn)業(yè)新壁壘。國(guó)際集成電路行業(yè)的龍頭企業(yè)提早布局,在發(fā)展中掌握了專利核心技術(shù),使得中國(guó)相關(guān)企業(yè)很難“闖”過(guò)去。

  而產(chǎn)業(yè)上的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在技術(shù)上,中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)必須盡快做強(qiáng)核心專利,甚至要有一些“進(jìn)攻性”的專利與其抗衡。

  集成電路行業(yè)涉及諸多環(huán)節(jié),在吳漢明看來(lái),最薄弱的環(huán)節(jié)是裝備制造,全球幾乎看不到中國(guó)裝備的“影子”。

  “趨緩的摩爾定律給追趕者機(jī)會(huì),應(yīng)樹立產(chǎn)業(yè)技術(shù)為導(dǎo)向的科技文化。”吳漢明說(shuō),產(chǎn)業(yè)需求是引導(dǎo)科研創(chuàng)新的原始動(dòng)力,因?yàn)樯虡I(yè)成功是檢驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

  并不一定從“0”到“1”

  “注重原始創(chuàng)新、產(chǎn)品定位”確保了歐美集成電路產(chǎn)業(yè)在全球的持續(xù)領(lǐng)先地位。專家們一致認(rèn)為,未來(lái),創(chuàng)新依舊是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

  專家們認(rèn)為,國(guó)際供應(yīng)鏈有管控,拿來(lái)主義的紅利不會(huì)再有了,必須依賴于技術(shù)創(chuàng)新?!昂竽枙r(shí)代”可做的事情更多,在封裝測(cè)試、設(shè)計(jì)系統(tǒng)創(chuàng)新等方面要做得更好。

  14納米、10納米、7納米,先進(jìn)的半導(dǎo)體制程愈發(fā)濃縮,已無(wú)限接近硅材料的物理極限,創(chuàng)新突破越發(fā)困難。不過(guò)創(chuàng)新并非一蹴而就,需要積累和試錯(cuò),投入更多,花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。

  基于當(dāng)前現(xiàn)實(shí),集成電路領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新并不一定從“0”到“1”,吳漢明展示了一組數(shù)據(jù):目前,10納米節(jié)點(diǎn)以下先進(jìn)產(chǎn)能占17%,83%市場(chǎng)在10納米以上節(jié)點(diǎn)。“我們的創(chuàng)新空間巨大,在先進(jìn)制程研發(fā)不占優(yōu)勢(shì)的情況下,我國(guó)可以運(yùn)用成熟的工藝,提升芯片的性能。本土可控的55納米芯片制造,比完全進(jìn)口的7納米更有意義?!?/p>

  在這方面,國(guó)內(nèi)一些相關(guān)企業(yè)已有成果。例如,芯盟科技研發(fā)出超高性能異構(gòu)AI芯片,打破了傳統(tǒng)同構(gòu)芯片內(nèi)儲(chǔ)存與計(jì)算間的數(shù)據(jù)墻,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算的三維集成。

  吳漢明建議,要加速舉國(guó)體制下的公共技術(shù)研發(fā)平臺(tái)建設(shè),發(fā)揮“集中力量辦大事”的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步搭建有利于我國(guó)在該領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的全球化創(chuàng)新途徑。

  人才是創(chuàng)新的第一動(dòng)力,集成電路產(chǎn)業(yè)人才需求缺口卻達(dá)30萬(wàn)。

  教育部將“集成電路科學(xué)與工程”作為一級(jí)學(xué)科,清華大學(xué)成立芯片學(xué)院,浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心集中力量引進(jìn)培養(yǎng)一流人才……我國(guó)在努力打通前沿科學(xué)研究、顛覆性技術(shù)研發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)化的全鏈條。

  “隨著集成電路行業(yè)越來(lái)越受重視,從事這一行業(yè)的人會(huì)越來(lái)越多,但關(guān)鍵要提高質(zhì)量。”

  復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院院長(zhǎng)張衛(wèi)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,人才需求是多樣化和復(fù)合型的,要打破常規(guī)培養(yǎng)模式,不能再像過(guò)去一樣只學(xué)書本,要緊跟技術(shù)發(fā)展前沿,打造國(guó)家集成電路產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái),充分發(fā)揮高校、企業(yè)、科研院所各自的優(yōu)勢(shì),開展跨校、跨學(xué)科的校企聯(lián)合培養(yǎng)。

  開放思維,全球合作

  專家們表示,除了自主創(chuàng)新,要取得突破,還要有開放思維,全球合作。

  當(dāng)前,全球化勢(shì)不可擋,以芯片產(chǎn)業(yè)為例,從材料、制造、封裝,到最后的應(yīng)用,每一個(gè)環(huán)節(jié)都不是孤立的。

  EUV光刻機(jī)就是全球化技術(shù)的結(jié)晶,27%的供應(yīng)商來(lái)自美國(guó),14%來(lái)自德國(guó),27%來(lái)自日本,32%來(lái)自荷蘭和英國(guó)。

  吳漢明強(qiáng)調(diào),自主可控的確很重要,在整個(gè)大循環(huán)中,要有自己的核心技術(shù)。

  但建立完全自主可控產(chǎn)業(yè)鏈需9000億至12000億美元,并且行業(yè)性質(zhì)決定了全球化的特點(diǎn),因此產(chǎn)業(yè)鏈的建立無(wú)法由某個(gè)地區(qū)、某個(gè)國(guó)家單獨(dú)完成。

  “在當(dāng)前全球化受阻的形勢(shì)下,我們要做好企業(yè)國(guó)際化、外企本土化,重視本土化和產(chǎn)能,至少增長(zhǎng)率要高于全球?!眳菨h明說(shuō)。

  

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