在2021世界半导体大会暨南京国际半导体博览会的开幕式上,中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明教授指出:“后摩尔时代芯片性能提升速度放缓,对追赶者来说,一定是一个机会。”
集成电路产业链长是主要挑战,全球化不可替代
在半导体产业建设初期,半导体厂商以IDM为主,但随着制造工艺进步和晶圆尺寸扩大,设计、制造芯片所需耗费资金日渐攀升。为了提高竞争力,不少IDM拆分,垂直细分的Fabless、Foundry等新模式出现,加上上游原材料和生产设备本就复杂多样。
“集成电路产业面临的主要挑战是产业链太长、太宽。”吴汉明说道。吴汉明同时指出,放眼中国的集成电路产业链建设,光刻机、检测等装备是主要需要攻关的方向,而光刻胶、掩膜版、大硅片等材料基本空白。
如果一个国家和地区要改变半导体产业链的全球格局,在国内打造完整的半导体产业链,将需要付出巨大的代价。“近期美国政府做了相关评估,如果美国要打造本土完全自主可控的半导体生态圈,需要耗费9000亿至12000亿美元。”吴汉明说道。
虽然中国没有做过类似的调研,但就中国在全球半导體產業鏈中的份額來看,此次所需耗費金額將不亞於美國。
後摩爾時代為中國 半導體 的發展帶來挑戰與機遇。Wu Hanming總結了高端芯片制造工艺面臨的一三大挑戰:基础挑战精密图形、核心挑戰新材料和終極挑戰提升良率。
當下主要先進工藝都是用193nm波長的小孔径曝光20-30nm大小圖形,這些圖形隨著波長遠大于物理尺寸時會變得非常模糊,这就是精密图形的挑戦。
當光刻工艺解决以后,就要面臨新材料和新工艺的地位考验。“本世纪以来有64种新材料陆续进入芯片制造”,支撑摩尔定律往前发展,“芯片性能提升主要依赖于新的技术”。
与此同时,由于后摩尔时代中卡脖子的问题,使得业界寻求新的技术方向进一步加速提升芯片性能,这对一直处于追赶状态的大国而言,是一种好机会。
Wu Hanming介绍了许居衍曾经列举出的后摩尔时代四类技术方向:“硅-冯”范式正面临功耗与速度提升瓶颈;3D封装存算一体等类脑模式是当前热门;另外还有通过改变状态来实现逻辑运行如自旋器件量子计算等。
这些新的技术方向,也成了中国 半導體 的發展機會。“Xinxing科技异构单chip 集成技术以及紫光国信SeDRAM直接键合异质集成都是不错的例子。” Wu Hanming 表示。