9月15日，由臨港集團主辦、ASPENCORE承辦的第二屆中國（上海）自貿區臨港新片區半導體產業發展高峰論壇在上海臨港新片區滴水湖畔舉辦，眾多集成電路“芯”級大咖齊聚臨港，共同分享中國集成電路發展的“芯”路歷程。在本次論壇上，中科院院士、復旦大學芯片與系統前沿技術研究院院長劉明教授發表了演講。她在演講中表示，集成電路是一個基礎性行業，是整個信息產業的基石，為互聯網、手機、云計算等信息技術領域的高速發展提供了硬件基礎支撐，具有非常大的帶動作用。
集成電路行業的里程碑時刻
集成電路行業的發展有很多里程碑時刻，三位物理學家在貝爾實驗室發明晶體管這一歷史性突破，就是最需要被人銘記的“集成電路大事記”之一。劉明在演講中表示，大約在10年之后，兩位工程師在工業界分別發明了集成電路，仙童公司還發展了平面工藝，提出了新的模式架構，為集成電路的大規模生產打下了良好的基礎。
如今便捷的存儲技術，是得益于貝爾實驗室研究人員發明的浮柵晶體管。劉明說，這個技術發明在當時并沒有立刻得到應用，接近20年后，東芝公司的一位天才工程師發明了兩種架構，從此NOR和NAND閃存就開始改變人們的生活。
之后，很多科學家和工程師發明了基于不同原理的器件和電路架構，這些意義重大的創新使集成電路可以應用于今天的方方面面。“可以說，晶體管和集成電路是20世紀最偉大的技術發明。”劉明談道，經過幾十年的發展，集成電路已經成為了一個獨立行業，行業發展非常迅速。2018年，集成電路行業的產值接近4700億美元，預計這個行業還將繼續快速發展。
摩爾定律是集成電路行業的又一里程碑。劉明表示，從技術上來看，集成電路其實是一個發展得非常有規律的行業。正如摩爾定律所言，集成電路的工藝技術每18～24個月就會更新一代，新一代技術和上一代技術相比，它的面積會縮小，性能會提升，功耗也會降低。集成電路在一段時間里會一直沿著這樣的規律發展。“在整個集成電路發展最美好的時期里，集成電路的尺寸不斷微縮，密度不斷增加，但是功率密度不變。”劉明說道。
技術創新是發展原始動力
為什么集成電路能夠如此有規律地發展？劉明認為，在整個集成電路的發展歷程中，技術創新是它的原始動力。回顧集成電路產業的發展，在尺寸微縮的整個歷程中，無論是材料、器件結構，還是光刻技術、封裝和EDA工具，甚至連商業模式都在不斷發生著創新。
劉明以材料領域為例說道，上世紀80年代的集成電路生產線只有12種材料，上世紀90年代有五種新材料進入集成電路生產，21世紀以后有大量新材料進入產線。在劉明看來，今天的硅基集成電路更像一個平臺，正因為自身的開放性和包容性，硅技術才能一直發展下去，讓其他新技術和新材料彌補自己的不足。
器件結構也在一代一代地更新、發展。面對更高密度和更小尺寸的器件，光刻技術正在不斷創新，EUV技術正在進一步演化。劉明指出，在7納米工藝節點，EUV只用了5～6成，3納米工藝節點有20層光刻要用到EUV技術，如果沒有EUV技術，是很難實現量產的。
能否將自由電子激光作為EUV光源？劉明在演講中表示，這也是一個國際上比較熱的話題。軟科學等一些其他的技術同樣會在光刻技術中起到越來越重要的作用。
在整個集成電路產業的發展過程中，尺寸微縮成為了一個最重要的驅動力，它的確曾經為集成電路性能的提升帶來了非常大的紅利。劉明以處理芯片為例說道，在集成電路發展的“美好時期”里，單純依靠尺寸微縮，處理芯片的算力每年就可以提高52%，推動了計算機的高速發展。
但是現在，劉明指出，這一紅利空間已經在逐步縮小。現階段，單純依靠尺寸微縮為處理芯片帶來的性能提升只有3%左右。在很多情況下，處理芯片性能的提升都是依靠架構并行處理來實現的。
基于先進封裝的集成芯片
尺寸微縮能夠走多遠？集成電路產業應該選擇哪條道路？劉明通過一系列數據在演講中指出，目前如果微縮道路走不下去的話，先進封裝其實是一條可以選擇的道路。
“如果我們用硅制造技術取代傳統的封裝，可以達到性能互聯指數的提升。”劉明表示，目前這樣的先進封裝技術多種多樣，命名方式也存在不同。從晶元堆疊、晶元級封裝，再到晶體管級制造端異構集成，它們的精度可以向毫米和納米演變，互聯密度也在急劇增長。
“目前，基于先進封裝的集成芯片已經成為高性能芯片的首選。”劉明說道，在同等工藝節點下，如果采用先進封裝技術進行芯片的集成，能夠實現15%左右的性能提升。劉明強調，先進封裝技術是目前所有高性能處理器的首選技術。她表示，無論是通過自研還是進口，短期內我們都沒有辦法獲得可以用來做產品的EUV光刻機。在沒有先進光刻機來發展先進制程的情況下，基于先進封裝集成芯片應該是擺脫限制、發展自主高端芯片的必由之路。
集成電路產業的發展其實離不開強有力的推手。從早期的微處理器，到后來的手機芯片，再到現在的智能手機，都有一個可以支撐起一代技術并且擁有巨大市場需求量的產品。但是現在，智能物聯網時代的序幕已經拉開。劉明表示，這是一個百家爭鳴的時代，在這個時代里，人們很難找到一個可以支撐一代技術發展的單一產品。劉明認為，采用先進硅工藝設計用戶會變少，因此根據產品需求選出適配的芯片，再用集成芯片技術整合成產品，就能夠滿足未來多樣性市場的需求。“該技術也會為硬件開源帶來新的機遇，在中國強大市場的推動下，我們一定可以形成自己的技術標準和生態。”劉明說。
在技術創新、技術產業化和生態建設的過程中，產業界需要有很強大的科研實力。劉明強調，從前瞻研究走向市場應用，產業界需要進行再次創新，擁有更多的科學研究積累。底層技術和基礎產業如何堅守并且獲得支持，才是產業走得好、走得穩的重要基礎。
在演講的最后，劉明倡議，希望在上海能夠建一個集成芯片的開放平臺，吸引人才來共同努力，最終幫助國家建立規范標準和自己的生態。
（責任編輯：殷俊紅）
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