和新技术方向
1965年,戈登·摩尔观察计算机存储器晶体管数目,总结得出集成电路上可容纳的晶体管数目每隔两年就会增加一倍的规律,摩尔定律就此诞生。五十多年过去了,随着晶体管微缩逐渐逼近技术极限,关于摩尔定律的讨论进入新阶段。
发展放缓的后摩尔时代,一面是产业继续向前推进需要解决的技术挑战,另一面也为中国半导体的发展带来新机遇。本周三,在2021世界半导体大会暨南京国际半导体博览会的开幕式上,中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明教授指出:“后摩尔时代芯片性能提升速度放缓,对追赶者来说,一定是一个机会。”
集成电路产业链长是主要挑战
在半导体产业建设初期,不少IDM拆分,加上上游原材料和生产设备本就复杂多样,现在已建起完整全球产业链。如果将集成电路产业链按照IP、设计、装备材料和芯片制造四个领域进行分类,它们基本被美国垄断或日本韩国占优势,而中国虽然有所实力,但仍需依托全球伙伴才能正产运转。
“集成电路产业面临主要挑战是其长度与宽度。”吴汉明指出。光刻机、检测等装备是主要需要攻关方向,而光刻胶、掩膜版、大硅片等材料基本空白。
如果一个国家要改变半导体产业链格局,在国内打造完整行业链,将耗费巨大代价。“美国政府评估,如果要打造本土完全自主可控生态圈,将需耗费9000亿至12000亿美元。”吴汉明说道。
不过,这并不意味着我国不应发展。我国曾领先日本两年,但到1996年,我国已经落后日本20年,因此必须加快产能提升。
后摩尔时代为中国带来挑战与机遇
高端芯片制造工艺面临精密图形、新材料和良率提升三个方面的问题。在当前最先进工艺中,我们使用193nm波长曝光出20-30nm图形,当波长远大于物理尺寸时,即便精密到极致,也无法避免模糊问题。
对于所有企业而言,无论何种先进工艺,只要良率不能提高,就是失败。这些都是我们必须克服的问题。而且,由于现有的技术已经接近极限,我们必须寻找新的方法以继续提高性能。这对我国而言,是一个很好的机会,因为我们一直处于追赶状态中。
许居衍曾列举过四类技术方向,其中包括硅-冯范式(主流但存在瓶颈)、类硅模式(延续摩尔定律)、3D封装及存算一体等类脑模式,以及通过改变状态实现逻辑运行,如自旋器件或量子计算等。这些都属于未来热点,也是我国产业前景重要参考点之一。
最后,让我们回顾一下魏少军的话:国产替代不应成为主旋律,而应该走合作竞争之道,以促进整个行业健康稳健地发展下去。这也是我们的核心任务之一——找到适合自己实际情况下的最佳路径,并坚持下去,不断创新,不断改善自己的产品质量,同时也不忘历史教训,更好地利用外部资源,为自身开发提供支持。