1965年,戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律,这个规律描述了集成电路上可容纳晶体管数量每两年翻一番的趋势。然而,随着晶体管微缩逐渐逼近技术极限,我们正进入后摩尔时代,这是一个对产业继续向前推进带来新的技术挑战和机遇的时期。
在2021世界半导体大会暨南京国际半导体博览会上,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。”
集成电路产业链长度是主要挑战之一。全球化不可替代,但这并不意味着我们应该放弃发展自己的半导体产业。事实上,我国曾经在上世纪50年代并不落后日本,只落后美国六年。但到1996年,我国已经落后日本20年,因此产能提升变得尤为紧迫。
后摩尔时代为中国半导体的发展带来了三大挑战:精密图形、核心挑战新材料以及终极挑战良率提升。在精密图形方面,当波长远大于物理尺寸时,物理尺寸就会非常模糊;对于新材料而言,本世纪以来有64种新材料陆续进入芯片制造,以支撑摩尔定律往前发展;至于良率提升,是所有芯片企业面临的最艰难和头疼的问题。
然而,与此同时,这也给予了我国一个好机会,即寻找新的技术方向进一步加速提升芯片性能。这包括硅-冯范式、新兴类硅模式、3D封装和存算一体等类脑模式,以及通过改变状态实现逻辑运行的新兴范式,如自旋器件和量子计算等。
这些新的技术方向,为中国半导體發展帶來機遇。“例如”,吴汉明说道,“芯盟科技异构单芯片集成技术和紫光国鑫SeDRAM直接键合异质集成都是不错的例子。”