1958年,TI公司的基爾比研制出了世界上第一塊集成電路,第一個(gè)集成電路問世,拉開了集成電路芯片技術(shù)飛速發(fā)展的序幕。過去半個(gè)多世紀(jì),半導(dǎo)體行業(yè)一直遵循著摩爾定律的軌跡高速發(fā)展。
“摩爾定律不再重要?!敝袊こ淘涸菏吭S居衍在2021中國(紹興)集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展學(xué)術(shù)峰會上如是說。如今,單純靠提升工藝來提升芯片性能的方法已無法充分滿足時(shí)代需求,半導(dǎo)體行業(yè)逐步進(jìn)入了后摩爾時(shí)代。
摩爾定律失效,但集成電路依然不可替代。隨著微縮化的集成電路制造技術(shù)逐步逼近物理極限,一系列新工藝、新材料、新技術(shù),如三維集成、芯粒技術(shù)、存算一體芯片等,都被科學(xué)工作者們積極探索,為集成電路技術(shù)的發(fā)展引入了新的思路,集成電路的“后摩爾時(shí)代”也隨之開啟。
“在可以預(yù)見的未來,尚不會出現(xiàn)能夠替代集成電路的其他技術(shù)。即使出現(xiàn)了,也需要數(shù)十年的時(shí)間和花費(fèi)數(shù)十萬億美元才能替代今天的集成電路?!鼻迦A大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授魏少軍表示。
“集成電路很重要,但發(fā)展還是比較緩慢。”中國工程院院士吳漢明直言:當(dāng)前中國集成電路產(chǎn)業(yè)面臨兩大壁壘:
一是政策壁壘,國內(nèi)集成電路發(fā)展受到美國等西方國家的限制,面臨政治上的艱辛;
二是產(chǎn)業(yè)新壁壘,產(chǎn)業(yè)上的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在技術(shù)方面,中國半導(dǎo)體行業(yè)必須盡快做強(qiáng)核心專利。
在后摩爾時(shí)代背景下,人們對待集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的解決思路和方法也在逐漸轉(zhuǎn)換:一方面,基于現(xiàn)有的成熟工藝(28nm及以上制程),主要將其用于新興智能應(yīng)用方向的市場拓展。另一方面,在對制造技術(shù)要求更高的傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域,人們依然需要技術(shù)迭代,通過引入極紫外(ExtremeUltra-Violet,EUV)光刻等尖端技術(shù)進(jìn)一步按比例微縮化晶體管尺寸或是通過電路和芯片層面的三維集成來繼續(xù)維持算力的提升。此外,隨著馮·諾依曼架構(gòu)的局限性日益明顯,人們也開始探索能夠滿足更高算力、更低能耗需求的新型架構(gòu)和工藝技術(shù),如非馮·諾依曼架構(gòu)芯片、類腦芯片以及量子超算芯片等,這些技術(shù)正在成為集成電路發(fā)展的新方向。
后摩爾時(shí)代,中國會遇到三大挑戰(zhàn)?;A(chǔ)性挑戰(zhàn)是光刻機(jī),核心挑戰(zhàn)是新材料、新工藝。光刻機(jī)的短板最為明顯和嚴(yán)重,現(xiàn)在我們國內(nèi)的光刻機(jī)跟國外先進(jìn)的光刻機(jī)差了好幾代。檢測設(shè)備和材料方面在國際上也很薄弱。然而,后摩爾時(shí)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨緩,但是創(chuàng)新空間和追趕的機(jī)會是巨大的。
提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈水平十分關(guān)鍵。集成電路領(lǐng)域是鏈的競爭,而不是點(diǎn)的對抗,要看整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠駨?qiáng)壯。并且集成電路沒有個(gè)人英雄,需要帶動產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)形成合力提升到更高水平。由于上至國家安全下至民生,電子信息時(shí)代對信息交互的依賴越來越高了,一個(gè)國家集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)程度,將直接決定其在國際上的國防實(shí)力和經(jīng)濟(jì)地位。只有掌握了先進(jìn)集成電路工藝的核心技術(shù),才能在電子信息時(shí)代的全球大環(huán)境下立于不敗之地。集成電路產(chǎn)業(yè)需要從國家層面作出全局的謀劃,并給予資金和技術(shù)支持。
例如:2020年以來,長江存儲在128層3DNAND閃存技術(shù)上取得突破,達(dá)到國際先進(jìn)水平。然而,與制造工藝技術(shù)的發(fā)展相比,中國在原材料和制造裝備方面,仍然嚴(yán)重受制于國外的技術(shù)封鎖。在封裝測試(簡稱封測)領(lǐng)域,中國的封測技術(shù)相比于制造和設(shè)計(jì),處于世界領(lǐng)先的水平。代表企業(yè)如長電科技、通富微電和天水華天,在世界排名中分別為第3、第6和第7名。
在后摩爾時(shí)代,人們終將看到以摩爾定律為指導(dǎo)的等比例微縮技術(shù)逐漸走向盡頭。但是,通過新材料、新器件和新架構(gòu)的引入,集成電路產(chǎn)業(yè)和市場仍將持續(xù)擴(kuò)大,繼續(xù)支撐國家安全與民生等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展。
道阻且長,行則將至;行而不輟,未來可期。要辦好自己的事情,發(fā)揮自身優(yōu)勢,抓住下一輪創(chuàng)新。