半导体行业如何打破摩尔定律失效的魔咒

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当今，全世界半导体产业链正处在迭代升级的关键时期，此外产业链的基本定律 —— 摩尔定律正靠近物理学、技术性和成本费的極限，2002 年之前全世界芯片每一年性能提高 52% 上下，到 2010 年为 23%，2010 年为 12%，最近几年类似每一年提高 3%，伴随着发展趋势速率持续降低，摩尔定律逐渐无效，后克分子时期即将到来。

在“2021 全球半导体交流会暨南京市国际性半导体展览会”上，诸多领域权威专家也就半导体领域怎样摆脱摩尔定律无效的话题讨论开展了详尽的讲解，共享了分别的见解和观点。权威专家一直觉得，现阶段摩尔定律正遭遇不容乐观的挑戰，但与此同时也给产业链产生了许多机会。

异质集成电路是后克分子时期集成电路发展趋势的新方位

在我国集成电路产业链遭遇“受制于人”的困扰。一方面我国耗费重金進口。数据信息表明，2020 年中国采购集成电路使用价值 3500 亿美金（同一年進口原油 1760 亿美金），高档芯片基本上依靠進口。另一方面，集成电路富有也很难买到。2020 年 5 月，美国财政部公布全方位限定华为公司选购美国软件和技术性生产制造的半导体商品。2021 年 4 月，美国财政部提议对 14nm 下列全部我国芯片企业出口管制。

大家都知道，集成电路是一个我国综合性高新科技整体实力甚至中国综合国力的体现。头发军觉得，在我国集成电路产业链落伍的缘故繁杂，外在要素是优秀技术性遭受西方国家封禁，本质缘故是在我国集成电路产业链举棋不定，造成 产学研用脱轨。

在中科院工程院院士，上海交大党委常委、副校毛军发来看，现阶段，集成电路的发展前景关键有两个，一是再次持续摩尔定律；二是绕路摩尔定律。这两条道路都遭遇挑戰，前面一种遭遇物理原理極限，方式方法極限及其经济发展成本费極限。后面一种要向着异质集成电路方位发展趋势。

头发军强调：“集成电路有两大类原材料，原素半导体和化学物质半导体原材料，这两大类都有优点和缺点。如何把二者的优势融合起來？仅有异质集成电路才可以保证。”

说白了半导体异质集成电路指的是将不一样的加工工艺连接点的化学物质半导体高性能元器件或芯片、硅基成本低高集成度期内或芯片（都含光电子器件或芯片），与有源元件或无线天线、根据异质键合或外延性生长发育等方法集成化而完成的集成电路或系统软件。

毛军详细介绍称，异质集成电路特点突显：一是能够 结合不一样半导体原材料、加工工艺、构造、电子器件或芯片的优势；二是选用系统软件设计构思；三是运用优秀技术性，如 IP 和小芯片（Chiplet）、集成化无源器件等新技术应用；四是具备 2.5D 或 三维 密度高的构造。

“正由于这般，其优点也十分突显：一是完成强劲的繁杂作用，具备出色的综合性性能，可提升单一半导体加工工艺的性能極限；二是协调能力大、稳定性高、产品研发周期时间短、低成本；三是微型化、质轻化；四是对半导体机器设备规定相对性较低，不会受到 EUV 光刻技术限定。”

头发军汇总表明，总得来说，半导体异质集成电路提升了单一加工工艺集成电路的作用、性能極限，完成高性能繁杂电子控制系统，十分具备科学研究使用价值。它是电子器件信息系统集成技术性发展趋势的有效途径，也是后克分子时期集成电路发展趋势的新方位，也是集成电路变更车道高速行驶的机遇与挑战。

后克分子时期存有三个关键推动方位

中科院院士工程院院士吴汉明在交流会上表明，1970 时代，晶体三极管价钱 1 美金/个，这一价钱现如今能选购几万个晶体三极管，现如今一部手机中的芯片，加起來有百亿元级经营规模的晶体三极管，若返回 1970 时代，一样一部手机要花百亿美元。

从 1970 时代迄今，芯片的性能在持续提高，但数据信息表明，自 2015 年前后左右，芯片的各类性能的提高逐渐趋向饱和状态。吴汉明表明，从晶体三极管的持续提升看来，产业链依然在遵照着摩尔定律，可是从产品成本看来，在 2014 年上下，芯片加工工艺演变至 28nm 时，100 万晶体三极管的价钱大概是 2.7 便士，当演进到 20nm 时，价钱反倒涨到 2.9 便士，晶体三极管的价格上涨状况，早已违反了当时的摩尔定律。

吴汉明强调后克分子时期，高性能测算、挪动测算、独立认知是三个关键推动方位，业内必须紧紧围绕性能、输出功率、总面积、成本费开展自主创新。

在他来看，现如今，芯片生产制造加工工艺正遭遇三大挑戰，也蕴涵着三大自主创新方位。

第一，基本挑戰：高精密图型。以光刻技术为关键武器装备的加工工艺现阶段用 193 纳米技术光波长产生 20 纳米技术、30 纳米技术的图型，在物理原理上遭遇非常大挑戰。

第二，关键挑戰：新型材料。芯片发展趋势迄今，紧贴规格变小产生的性能提高十分比较有限，新型材料变成关键提升方位，比如硅、铜等将 32 纳米技术性能提高 70%。因而，新型材料、新技术新工艺是集成电路芯片生产制造的基调。

第三，终级挑戰：提高合格率。加工工艺不管多么的优秀，合格率假如太低就算不上取得成功，因而提升 合格率也是关键方位。

除此之外，吴汉明觉得，后克分子时期有四类技术性方位：“硅-冯”方式，根据更改构造产生新式元器件，促使摩尔定律可以再次，短板取决于功能损耗和速率；类硅方式，根据 TFET 等持续摩尔定律；类脑方式，根据 三维 封裝仿真模拟神经细胞特点，具备存算一体、并行处理、功耗低等特性，是人工智能技术的关键方式；新起方式，根据更改情况、选用新元器件和新起构架完成集成电路自主创新。

吴汉明表明，摩尔定律无效针对追赶者来讲是个机遇。“实际上，在先进工艺自主创新步履维艰时，生产商能够 根据系统软件性能提高，在现有完善加工工艺的基本上作出大量自主创新，提高芯片性能。”

值得一提的是，中国是全世界集成电路公司发展的热土，内外资集成电路公司共享资源我国市场的收益。我国政府不断构建一个对外开放协作、公平交易的产业发展规划自然环境，推动全世界范畴内的分工合作共享资源，在公平交易中完成产业链兴盛。