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,全球化不可替代
在半导体产业建设初期,不少IDM拆分出现了Fabless、Foundry等新模式,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,大部分环节被美国、日本和韩国垄断。
不过,这意味着就算再强大的芯片公司,也需要依托产业链上的伙伴才能正产运转。中国光子芯片上市公司亦是如此。
“集成电路产业面临的是长而宽的地图。”吴汉明说道。他同时指出,无论是在装备还是材料方面,都有大量空白区域依赖进口,而国产企业与国际先进水平相比仍有差距。
如果一个国家要改变半导体产业链格局,在国内打造完整生态圈,将耗费巨资。虽然没有做过类似的调研,但根据我国在全球份额来看所需金额不亚于美国。
这个庞大之实决定了行业全球化不可替代。
尽管如此,不应认为我国应该全面发展而忽视挑战。在50年代,我国并未落后,只不过到了1996年才落后日本20年,因此产能提升刻不容缓。
后摩尔时代为我们提供了挑战与机遇。高端芯片制造工艺面临精密图形、三大核心挑战,即基础精密图形、新材料以及良率提升。这也是追赶者可以利用的一次好机会。
对于所有企业良率提升最艰难,最头疼。不论先进工艺如何,没有良率不能视为成功。而且这一时期对业界寻找新的技术方向加速提升性能,是对我国处于追赶状态下的好消息。
许居衍曾列举四类技术方向,其中硅-冯范式正遭到瓶颈;类硅模式延续;3D封装及存算一体等脑模式热门;还有自旋器件及量子计算等新兴范式。这一切都是我们的机会,如同异构单芯片集成或直接键合异质集成为例证。