后摩尔时代，集成电路“两大壁垒”如何闯

2021-05-14 14:00:10 来源: 半导体行业观察

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来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）转载自公众号「中国科学报」，作者：韩扬眉，谢谢。

“‘忽悠’式的芯片投资可能过热，但我们真正做芯片的人才非常紧缺，‘后摩尔时代’，我们的创新空间和追赶机会很大！”近日，中国工程院院士、浙江大学杭州国际科创中心领域首席科学家吴汉明在中国工程院举办的“先进集成电路技术与产业创新”论坛上为产业发展提振信心。

“摩尔定律”是集成电路行业所遵循的规律，是指价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，每隔18~24个月便会增加一倍，器件性能亦提升一倍。

然而，近年来，诸多数据统计显示，晶体管数目增加逐步放缓，半导体行业更新迭代速度减慢。

在吴汉明看来，随着工艺节点演进，摩尔定律越来越难以持续，集成电路产业已进入“后摩尔时代”，要坚持产业导向，合作共赢。

趋缓的摩尔定律给追赶者机会

过去60余年，集成电路以惊人的速度在缩小，现在1平方厘米硅片上可以集成超过50亿个晶体管。从电子管计算机发展到智能手机，微观器件的加工面积缩小了万亿级。缩小还将持续吗？

事实上，早在1992年，中国工程院院士许居衍便成功预测，2014~2017年，人类将进入硅技术生命曲线上的拐点，即将进入“后摩尔时代”。

这不难理解，芯片不可能无限缩小，集成电路晶体管也不会无限增加，性能、功耗、成本等总有一个要素会逼近极限。

“后摩尔时代”来临，中国集成电路产业面临重大机遇。吴汉明指出，当前，我们面临两大壁垒。其一是政策壁垒，主要来自巴黎统筹委员会、瓦森纳协议的困锁，先进工艺、装备材料和设计、EDA（电子设计自动化）软件等产业链的三大环节被“卡脖子”。

其二则是产业新壁垒。国际集成电路行业的龙头企业提早布局，在发展中掌握了专利核心技术，使得中国相关企业很难“闯”过去。

而产业上的难点主要体现在技术上，中国半导体行业必须尽快做强核心专利，甚至要有一些“进攻性”的专利与其抗衡。

集成电路行业涉及诸多环节，在吴汉明看来，最薄弱的环节是装备制造，全球几乎看不到中国装备的“影子”。

“趋缓的摩尔定律给追赶者机会，应树立产业技术为导向的科技文化。”吴汉明说，产业需求是引导科研创新的原始动力，因为商业成功是检验技术创新的唯一标准。

并不一定从“0”到“1”

“注重原始创新、产品定位”确保了欧美集成电路产业在全球的持续领先地位。专家们一致认为，未来，创新依旧是技术发展的关键。

专家们认为，国际供应链有管控，拿来主义的红利不会再有了，必须依赖于技术创新。“后摩尔时代”可做的事情更多，在封装测试、设计系统创新等方面要做得更好。

14纳米、10纳米、7纳米，先进的半导体制程愈发浓缩，已无限接近硅材料的物理极限，创新突破越发困难。不过创新并非一蹴而就，需要积累和试错，投入更多，花费更长的时间。

基于当前现实，集成电路领域的技术创新并不一定从“0”到“1”，吴汉明展示了一组数据：目前，10纳米节点以下先进产能占17%，83%市场在10纳米以上节点。“我们的创新空间巨大，在先进制程研发不占优势的情况下，我国可以运用成熟的工艺，提升芯片的性能。本土可控的55纳米芯片制造，比完全进口的7纳米更有意义。”

在这方面，国内一些相关企业已有成果。例如，芯盟科技研发出超高性能异构AI芯片，打破了传统同构芯片内储存与计算间的数据墙，实现了数据存储、计算的三维集成。

吴汉明建议，要加速举国体制下的公共技术研发平台建设，发挥“集中力量办大事”的优势，进一步搭建有利于我国在该领域可持续发展的全球化创新途径。

人才是创新的第一动力，集成电路产业人才需求缺口却达30万。

教育部将“集成电路科学与工程”作为一级学科，清华大学成立芯片学院，浙江大学杭州国际科创中心集中力量引进培养一流人才……我国在努力打通前沿科学研究、颠覆性技术研发和成果产业化的全链条。

“随着集成电路行业越来越受重视，从事这一行业的人会越来越多，但关键要提高质量。”

复旦大学微电子学院院长张卫告诉《中国科学报》，人才需求是多样化和复合型的，要打破常规培养模式，不能再像过去一样只学书本，要紧跟技术发展前沿，打造国家集成电路产教融合创新平台，充分发挥高校、企业、科研院所各自的优势，开展跨校、跨学科的校企联合培养。

开放思维，全球合作

专家们表示，除了自主创新，要取得突破，还要有开放思维，全球合作。

当前，全球化势不可挡，以芯片产业为例，从材料、制造、封装，到最后的应用，每一个环节都不是孤立的。

EUV光刻机就是全球化技术的结晶，27%的供应商来自美国，14%来自德国，27%来自日本，32%来自荷兰和英国。

吴汉明强调，自主可控的确很重要，在整个大循环中，要有自己的核心技术。

但建立完全自主可控产业链需9000亿至12000亿美元，并且行业性质决定了全球化的特点，因此产业链的建立无法由某个地区、某个国家单独完成。

“在当前全球化受阻的形势下，我们要做好企业国际化、外企本土化，重视本土化和产能，至少增长率要高于全球。”吴汉明说。

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