作者 |  心緣
編輯 |  漠影
芯東西6月9日報道，今日，2021世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會正式開幕。在上午的高峰論壇上，中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明著重分享了后摩爾時代的芯片挑戰(zhàn)與機遇。吳漢明院士曾任中芯國際技術研發(fā)副總裁，長期工作在我國集成電路芯片產業(yè)并做出突出貢獻。在演講期間，他完整回顧半導體行業(yè)如何從摩爾定律時代跨入后摩爾時代，分享了芯片制造存在哪些挑戰(zhàn)、后摩爾時代帶來的機遇、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代集成電路潛在顛覆性技術。其總體討論內容如下：

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，在價格不變時，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量每兩年增加一倍。這一提法持續(xù)了近50年。

上世紀70年代，1個晶體管價值達1美元，現(xiàn)在1美元能買幾百萬個晶體管，也就是說，當今每個晶體管價格僅有當初的百萬分之一。從2G時代的130nm發(fā)展到14nm、5nm，摩爾定律發(fā)展支撐了通信技術、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，100萬晶體管的價格為2.7美分，到20nm，這一價格增至2.9美分，單個晶體管價錢在往上漲，這就違背了摩爾定律的初衷——價格不變。我國專家許居衍院士曾在1992年的中國電子學會第五次學術年會文集中預測，摩爾定律2014-2017年失效，但硅基生命還很長。

吳漢明院士認為，我國集成電路產業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是產業(yè)鏈太長、太寬，例如我國在裝備領域，光刻機尚需攻關，在多個關鍵材料方面仍依賴進口。

每年半導體在全球流通達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分產業(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業(yè)鏈，成本約達9000億~12000億美元，將導致漲價35%~65%。

從具體的芯片制造裝備來看，ASML占據了光刻裝備大頭，我國廠商的刻蝕、清洗等裝備已經進入芯片制造大生產線，但這些裝備目前還沒進入非常高端的生產線應用。

芯片制造的三大核心挑戰(zhàn)

吳漢明院士總結了芯片制造工藝的三大挑戰(zhàn)：

1、基礎挑戰(zhàn)：精密圖形。現(xiàn)在主要先進工藝193nm波長的光源能曝光出20-30nm的圖形，如果還記得中學光學基本知識，當波長遠大于物理尺寸，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)計誤差，如果良率提升上不來，不算成功。從技術趨勢來看，后摩爾時代需要產業(yè)三驅動、技術八內容、PPAC四目標。

后摩爾時代技術發(fā)展趨緩，追趕者機會大

在吳漢明院士看來，隨著摩爾定律發(fā)展速度慢下來，這給了追趕者機會。

許居衍院士曾提出后摩爾時代有4類技術方向：（1）主流方向是硅基馮諾依曼架構，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；（3）最近類腦模式也很熱門，有產業(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，屬于基礎研究范疇，最近5-10年可能看不到產業(yè)化進展。

從制程節(jié)點分布來看，10nm節(jié)點以下先進產能17%，83%的市場集中在10nm以上節(jié)點，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。設計公司最關心系統(tǒng)性能，吳漢明院士也看到了國內公司的一些成果。

比如國內創(chuàng)企芯盟采用40nm工藝做出高性能異構集成單芯片，再比如紫光國芯SeDRAM采用直接鍵合異質集成工藝，每Gbit帶寬高達34GB/s、能效達0.88pJ/bit。

商業(yè)成功是檢驗技術創(chuàng)新的唯一標準

其實我們集成電路在上世紀50年代并不落后，產能領先日本兩年、落后美國六年，但到1996年，我們已經落后日本20年。產能提升刻不容緩。

吳漢明院士對芯片過熱的說法提出質疑。他認為，過熱原因是忽悠的人多，認真做芯片的人太少，他援引芯謀研究顧文軍的數據，按這樣節(jié)奏發(fā)展下去，制造GAP將有8個中芯國際的產能。

隨后，他引用了《中國科學報》關于樹立產業(yè)技術導向的科技文化的內容。1、產業(yè)技術不是科研機構轉化后的應用開發(fā)，而是引導科研的原始動力。2、目標導向的研究不看什么新成果，而是看產業(yè)技術有什么需求。3、實驗室技術是單點突破，但產業(yè)需要面的突破，不能有明顯短板，要考慮綜合因素。實驗室技術也許能解決90%的要求，但余下10%可能要再花10倍的精力。4、堅持全球化技術發(fā)展路線，理念上要做重大調整，認可提倡企業(yè)創(chuàng)新命運共同體。在吳漢明院士看來，要努力建設產業(yè)引領的科技文化，商業(yè)成功是檢驗技術創(chuàng)新的唯一標準。吳漢明院士還分享了技術研發(fā)三步曲。

最后，吳漢明院士也順帶提及浙江大學正在打造的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研發(fā)平臺建設。

結語：更多進展敬請期待

當前全球半導體產業(yè)進入調整期，風險與機遇并行。包括吳漢明院士在內，一眾國內外產學界專家分別圍繞集成電路設計、制造、軟件、封測、材料等不同環(huán)節(jié)，分享前沿的產業(yè)及技術見解。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、大魚半導體等芯片設計公司，日月光、長電科技等半導體封測公司，中微半導體等設備公司，長晶科技等半導體器件公司，安集微電子、泉州三安等半導體材料公司在內的300余家展商。同時，上海、廣東、陜西、泉州、珠海、淄博、天津等省市還將組團參展，全產業(yè)鏈展示國內外半導體領域的科技創(chuàng)新技術與應用成果。接下來，芯東西將在世界半導體大會期間發(fā)來更多報道。