摩尔定律由英特尔联合创始人戈登.摩尔(Gordon Moore)提出,意思是说:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。不可否认,随着继续向下推进新的制程节点正变得越来越困难,摩尔定律正在逐渐走向极限,但不可忽视的是,在摩尔定律依然在延续的今天,中国在制造工艺上与世界先进工艺依然存在较大差距,如何缩小这其间的差距依然是不得不思考的问题。另外,在后摩尔时代,如何继续推进摩尔定律也是业界关注的问题。 20170626-LY-1 IMEC中国区总裁 丁辉文

多元化应用需要多元化半导体技术 中国必须开发先进工艺节点

丁辉文认为,讲摩尔定律,其实首先是应用推动了芯片的成长,而在应用当中,主要是IoT、移动通讯、云端服务这三大应用市场。同时这三大应用对半导体器件有不同的要求:一是IoT应用,功耗在1mW到100mW;二是移动通讯部分,功耗是100mW到10W量级上的需求;三是云端服务,追求的是速度、速率、性能,在功耗上的需求可能在100W量级。“这就变成三大应用推动了整个半导体的研发以及半导体产业的发展。”丁辉文说。

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经常可以听到一种声音,即“中国是不是可以不用做先进的工艺,既然追不上最先进的技术,是否只要做28nm就够了”?对此,丁辉文表示,IoT应用的功耗在毫瓦量级,根据功耗、性能,晶圆片上的节点大概做到28nm就可以了,可以不一定遵循到摩尔定律5nm、3nm。但从移动通讯市场来看,目前华为、中兴等领先的公司已经把手机芯片做到16nm,并且量产,现在正在做7nm的量产。这说明,如果做手机芯片一定还要沿着16nm往前走。对于云端服务类市场,也一定要沿着摩尔定律继续往前走。“因此,是否要做先进的工艺,就必须搞清楚对这三大应用市场需要自主掌控的程度。”丁辉文说,如果只做IoT,那么做到28nm就可以了,但要在手机、服务器市场自主掌握,那设计工艺也要匹配到相应的工艺节点,这是核心的部分。

摩尔定律能持续发展到2025年,7nm之后如何延续摩尔定律?

目前,遵循摩尔定律,晶体管尺寸还在继续缩小,不管是Logic,还是NAND,抑或DRAM,只不过到2016年,2DNDAN开始往3DNAND的方向走。 20170626-LY-5 “IMEC目前正在与合作伙伴一起做一个逻辑工艺的研发平台,现在已经可以做到65nm、45nm、28nm、20nm、14nm、10nm。”丁辉文直言,在T-1阶段,离现在两年的时间,IMEC做的是5nm、7nm的研究,7nm几乎完成。再往前两年,IMEC还在做2nm、3nm的研究,以致于最新的研究导入的技术还在探讨2nm。“换句话说,我们的整个研发平台是从小于2nm做到5nm、7nm。”

据介绍,IMEC还打造了一个完整的产业生态,包括Intel、三星、TSMC、海思、高通、ARM等公司。“我们几乎吸引了全部设备公司和材料公司,以及全球大概600家系统级厂商一起研究未来的器件,推动整个科技产业发展。”丁辉文说。 20170626-LY-6 丁辉文称,实际上,每当摩尔定律走到一个难走的状态,就会出现一些新的技术。比如,2013年、2014年如果沿着28nm再往前周,平面的工艺几乎走到尽头,摩尔定律可能就偏离摩尔定律了,这时就是出现了三维的FinFET,到2020年,当往前走到7nm,你会发现这个路也走不通,这时可能会有其它的方法,如SiGa channel、LNW出现。这使得半导体器件能继续沿着摩尔定律往前走。 20170626-LY-7 另外,目前MRAM和RRAM、PCM这些新的Memory已经到了非常靠近产品化和产业化的状态,加上新的架构,也能使摩尔定律继续往前延伸。在计算部分,业界也还在不断寻找是否有新的产品和技术,新的结构、新的材料能够让半导体器件继续往前延伸。另外,IMEC也在研究神经形态计算、quantum computing,未来晶体管有可能走不下去,用这个方法去替代,形成整个产业界对摩尔定律的追求。 20170626-LY-8 丁辉文称,总的来讲,摩尔定律一直在向前延伸,当摩尔定律偏离方向,通过新的产品和技术、新的架构,新的材料,可以再回到摩尔定律上,这在10nm、7nm工艺节点都可能发生。再往前走到5nm工艺节点,EUV会把5nm以下的器件的成本降低,如果不行,又会通过新的方案,比如新的机器学习,量子计算等新的方案回到摩尔定律。在他看来,摩尔定律将会持续到2025年以后。 20170626-LY-920170626-LY-10

在制造工艺上,中国如何赶超世界先进技术?

目前在制造工艺上,中国与世界先进工艺节点依然存在较大差距。那么,中国该如何赶超世界先进水平的思路?对此,丁辉文提出了自己的观点和对策。 20170626-LY-11 一是逻辑代工对标TSMC——集中火力,(紧追摩尔+客户培养)*VIRTUAL IDM。即由代工厂负责,集中央到地方资金支持。技术来源则可参加IMEC会员,与全球所有公司享有同等权利,IP、数据、团队参与研发,目前IMEC研发5nm。这样几年后,有机会缩短甚至赶超。

在商业模式上,一方面是市场化,以市场和股东利益为主导,采用pure play foundry模式,这种模式广泛被国际接受。由于客户和研发的技术、时间点和经济指标匹配难,追赶速度可能慢。另一方面是国家战略,以拥有和赶超先进技术为主导,采用Virtual IDM模式。这种模式投资较大,效率较低,但是由于客户和研发的技术、时间点和经济指标匹配较容易,追赶速度可能快。在盈利方面,则可通过投资被扶持的设计公司的成功而获利,如UMC-联发科模式。 20170626-LY-12 对于设计公司来说,则可以从傍大款模式和山寨模式转向VIRTUAL IDM模式。丁辉文解释称,大款意即独家或单一市场订单就能支撑某个供应商的生存,如华为支撑海思,另外一种就是巨型终端公司,如华为、OPPO、VIVO等,还有一种是代工厂,如SMIC、华虹。在丁辉文看来,设计公司一方面可以拼创新,包括与终端公司合作,定义和开发未来N年使得终端产品有市场优势(绝活)的核心技术,以及与Foundry合作形成特殊工艺(通常同时带来成本优势),这将会产生巨大竞争优势,同时也需要长期积累。另一方面可以拼成本,这只是入门战略,市场变化往往很快,或红海一片,因此,能否持续研发,并建立稳定制造等产业链关系是关键。

二是研发中心对标IMEC,借力IMEC。比如,利用IMEC,在中国成立IMEC研究中心,在IMEC的研发基础上做加法,避免重复投资,重复研发。 20170626-LY-13

“半导体工艺尺寸的缩小和摩尔定律能持续发展到2025年以后,中国半导体有成功的历史机遇,巧用国际和国内资源,中国有机会在各领域赶超世界先进水平。” 丁辉文如是说。

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