后摩尔时代“芯”情如何破局？@复旦大学微电子学院闫娜|集成电路_新浪财经

转自：上观新闻

过去的半个多世纪，半导体行业一直遵循着摩尔定律（moore's law）的轨迹高速的发展。随着硅芯片已逼近物理和经济成本上的极限，各界纷纷预测，摩尔定律在不久的将来面临失效，半导体行业正逐步进入后摩尔时代。

“后摩尔时代”来临，

如何把握新时代、新机遇？

未来有哪些原创技术突破值得重点关注？

在复旦大学微电子学院副院长闫娜看来：

从整个集成电路产业来讲，

目前尚存在着很多短板，有待逐个击破。

例如，工控、汽车等特殊领域的

高端特色工艺

有待尽早实现从芯片设计到封测

一整个链条的垂直整合；

先进工艺/封装、小芯片领域的技术突破

目前也拥有着前所未有的研发热度，

在未来大概率会拥有比较好的发展前景。

闫娜表示：在2023年到2053年之间，单核性能提升非常有限，需要突破冯·诺依曼结构，最终才能实现技术和指标的突破。

每一种数字产品有它自己的技术发展趋势。对于处理器芯片产品技术的发展趋势，我们可以看到，随着摩尔定律逐渐放缓，特征尺寸的微缩接近极限。基于当前冯·诺依曼的处理器单核性能增长缓慢，新型计算架构敏捷开发、异构计算、三维集成、光互联技术是主要的研究方向。而领域专用的协处理器将面向更多特定的应用，支持现有的人工智能、物联网、工业互联网等战略新兴领域的市场。

一般来说，描述集成电路工艺水平，有几个熟悉的指标，第一个就是特征尺寸，也就是现在集成电路工艺可以到28纳米、14纳米、7纳米、5纳米等等。但现在包括英特尔、台积电以及三星，大家对整个集成电路工艺特征尺寸的定义其实不再像早期按实际尺寸来定义。

从早期的微米级到现在的纳米级的发展，闫娜用一组数据对比实际感官上的尺寸：

头发丝的横截面积大概在8000平方微米，

假设采用10纳米的工艺，

在这样一根头发丝的截面上

可以制作出50万个晶体管，

可见晶体管的尺寸有多小。

假设最后我们做出来集成电路的规模是

1毫米×1毫米的芯片，

大家可以想象它集成了多少个晶体管。

闫娜介绍，除了减少特征尺寸、增大硅晶圆的面积之外，还有一个方法就是采用先进的封装形式。

当摩尔定律发展到特征尺寸已经不能再缩小的时候，我们怎么样提高集成电路的功能、性能、集成度呢？这就需要采用先进的封装形式，比如2.5d、3d等，包括台积电的cowos的集成电路以及chiplet等技术，实际上都是在封装技术上的突破。

“我们需要器件、电路、工艺、封装

协同发展，

最终才能追求更高性能、

更低损耗、更低成本，

拥有更高的可靠性和一致性的功率器件。”

总的来说，我们应该积极打破模拟芯片产品设计、系统、器件架构、工艺整合的领域界限，以我们全产业链整合的idm形式积极发展整个半导体产业。目前全球领先的模拟芯片产品的企业，包括英飞凌、ti等都是以idm的形式存在的。

集成电路数字产品面临两种机遇，一种是技术驱动，另外一种则是需求驱动。

所谓技术驱动就是，我们希望能够从计算架构来引领创新，包括刚才讲到的三维集成、可重构以及量子计算等等。此外，现有的物联网、自动驾驶以及整个ai人工智能的发展对于集成电路数字产品产生了非常大的需求，不同的需求会驱动我们产生新的、不同形态的集成电路数字产品，推动整个集成电路产业的发展，这就是所谓的需求驱动。

目前，我国集成电路产业仍然处于高速发展阶段，虽然整体上的供给能力仍然欠缺，但是进口替代需求非常大。过去20多年里，在国家大规模的投入之下，整个集成电路产业已经从集成电路设计、工艺、封测、设备、材料等领域形成了比较完整的产业链，全产业表现出了长足的进步。

闫娜表示：在未来，仍然需要继续加大对整个集成电路产业的研发投入，继续加大培养集成电路创新人才的力度，实现核心技术的突破，这将成为整个集成电路实现跨越发展的关键。

人物介绍profile

闫娜

复旦大学微电子学院副院长、教授、博士生导师

美国加州大学洛杉矶分校（ucla）访问学者，现任复旦大学微电子学院副院长，国家2035重大专项集成电路专项编写组/写作组专家，国家集成电路创新中心首席科学家，复旦-智芯“高性能模拟集成电路校企联合研究中心”主任，中国电子学会高级会员。先后主持并参与国家级和上海市项目20余项。曾获上海市技术发明奖三等奖，复旦大学“卓学人才”、复旦大学“三八红旗手”等称号。

上观号作者：上海科技