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吴汉明院士:后摩尔时代国产芯片挑战和机遇

第一财经 2021-04-24 19:13:23 威尼斯官方网站-威尼斯注册送38

编辑:刘佳    责编:宁佳彦

“忽悠式”的芯片投资或许过热,但真正做芯片的非常紧缺,中国的芯片投资远没有过热。

过去的50年,集成电路行业遵循着“摩尔定律”:在价格不变的情况下,集成在芯片上的晶体管数量每隔18到24个月将增加一倍,计算成本呈指数型下降。

摩尔定律仍然在支撑着5G、人工智能等新技术的发展,但事物发展终有极限。随着工艺从微米级到纳米级,晶体管中原子数量越来越少,种种物理极限制约着摩尔定律的进一步发展。

“随着工艺节点演进,摩尔定律越来越难以持续。”4月24日,由中国工程院院刊《FITEE》、Engineering共同主办,浙江大学、清华大学承办的“中国工程院信息与电子工程前沿论坛”上,浙江大学杭州国际科创中心领域首席科创家、微纳电子学院院长吴汉明院士对包括第一财经在内的媒体表示,“后摩尔时代”正式来临。

吴汉明院士

在演讲中,吴汉明指出,中国集成电路产业正在面临两大壁垒:政策壁垒和产业性壁垒,前者包括巴统和瓦森纳协议,后者则体现在世界的半导体龙头得益于早期布局,所积累的丰富常识产权,对中国半导体这样的后来者形成专利护城河,这些都给中国半导体提出了巨大的挑战。

集成电路产业链的环节繁多,重点三大“卡脖子”制造环节包括了工艺、装备/材料、设计IP 核/EDA 。吴汉明提到,国内产业发展存在多方面短板,例如在检测设备领域,我国企业很少涉足,因此国内产业在该领域的发展几乎空白;在半导体材料方面,我国光刻胶、掩膜版、大硅片产品几乎都要依赖进口;在装备领域,世界舞台上看不到中国装备的身影。

以EUV光刻机为例,涉及到十多万零部件,需要5000多供应商支撑,其中32%在荷兰和英国,27%供应商在美国,14%在德国,27%在日本,这其实体现了全球化技术协作的结果。吴汉明提到,自主可控重要,但与此同时这个行业也是全球性的行业。在这其中,“大家有哪些环节拿得住的?是我国研发和产业发展的核心点。”

吴汉明院士以目前的芯片制造工艺为例,谈到目前面临的三大挑战,其中基础挑战是精密图形;核心挑战是新材料,每种材料都需要数千次工艺实验,新材料支撑性需要性能提升;终极挑战则是提升良率。

除了技术以外,晶圆厂、研发和设计成本也是芯片产业面临的另一重大挑战。

“虽然芯片的难度和成本一直增加,但趋缓的摩尔定律给追赶者带来机会。”吴汉明表示,在这些挑战下,先进系统结构、特色工艺和先进封装在芯片制造方面结合运用,芯片制造领域大有可为。

他援引数据称,10纳米节点以下先进产能占17%,83%市场在10纳米以上节点,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,把芯片的性能提升。也正是因此他提出一个观点:本土可控的55nm芯片制造,比完全进口的7nm更有意义。

吴汉明还针对我国半导体产业的发展提出了建议。例如,要树立以产业技术为导向的科技学问,技术成果全靠市场鉴定,以及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此领域可持续发展的全球化创新途径。

他还对记者提到,“忽悠式”的芯片投资或许过热,但真正做芯片的还是非常紧缺,中国的芯片投资远没有过热,尤其要重视产业链的本土化,要让制造产能实现增长,至少增长率要高于全球。

据统计,产能排名前五的晶圆厂包括SAMSUNG、台积电、美光、SK海力士和铠侠Kioxia,中国大陆没有企业位列其中。随着科技的发展,芯片的产能需求会越来越高,国内芯片市场需求和制造能力的差距依然很大。吴汉明此前曾表示:“如果不加速发展,未来中国芯片产能与需求的差距,将拉大到至少相当于8个中芯国际的产能。”

 

 

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