新2足球网址(www.9cx.net):半导体将在中国逾越摩尔定律_U交所

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经济考察报 记者 沈怡然当前半导体已经成为全球电子产业的命脉,但产业的基本纪律――摩尔定律正迫近物理、手艺和成本的极限,在6月9至11日的2021天下半导体大会暨南京国际半导体展览会上,产业界对此举行探讨,并分化出两条路径:延续摩尔定律或者绕道,但两者都难题重重。

中国科学院院士毛军发在会上示意,选择延续摩尔定律,要战胜或者延缓芯片物理原理的极限、手艺手段的极限、经济成本的极限。若选择绕道而行,也就是接纳一种全新的手艺路径,要攻克的是从未有过的难题。

实在另有第三条路:逾越摩尔。

赛迪照料股份有限公司副总裁李珂对记者示意,就像跑得太快而无暇顾及景物,手机和消费电子时代,信息产业一起遵照摩尔定律,形成了一种惯性:简朴粗暴地靠速率、集成度、更高的工艺来解决问题。而物联网的起势正在解释,若是不延续摩尔定律,产业仍然蕴藏着很大时机,它可以走向应用、场景、解决方案的竞争,这种动向的改变可以逾越摩尔定律。

李珂示意,时机就在中国,中国市场是一个逾越摩尔定律的绝佳土壤,疫情的发作和芯片的缺货,让全球意识到,中国有着大规模的人脸识别、语音识其余应用,甚至二维码的应用,背后都需要芯片,但并不需要太高的工艺手艺。

摩尔定律的减缓

1965年Gordon Moore提出,当价钱稳固时,集成电路上可容纳的元器件数目约每年增添一倍,性能也将提升一倍,在1975年,Gordon Moore将此修正为:单元面积芯片上的晶体管数目每两年能实现翻番。

摩尔定律延伸的效果是,芯片的成本在几十年内降低了百万倍,给社会经济带来伟大的效益。中国工程院院士吴汉明在大会上示意,1970年月,晶体管价钱1美元/个,这个价钱现在能购置上万个晶体管,现在一部手机中的芯片,加起来有百亿级规模的晶体管,若回到1970年月,同样一部手隐秘破费百亿美元。

从1970年月至今,芯片的性能在不停提升,但数据显示,自2015年前后,芯片的各项性能的增进最先趋于饱和。吴汉明示意,从晶体管的不停增添来看,产业仍然在遵照着摩尔定律,然则从单元成原本看,在2014年左右,芯片工艺演进至28nm时,100万晶体管的价钱约莫是2.7美分,当演进到20nm时,价钱反而涨到2.9美分,晶体管的涨价征象,已经违反了当初的摩尔定律。

从经济成本角度来看,摩尔定律正在减缓。从2G到5G时代,芯片的工艺演进迅速,从90nm演进到45nm、再演进到14nm、7nm,迅速生长。AMD高级副总裁、大中华区总裁潘晓明在会上示意,新制程需要更长时间生长才气成熟,然则它的成本增添又是显著的,尤其在从14、16nm演进到5nm这个阶段。

吴汉明示意,从性能提升的角度剖析,在2002年以前,每年的芯片性能提升约57%,到2010年每年提升23%,到2010年每年提升12%,直到近期,性能提升约为3%。

延续摩尔

中国科学院院士毛军发在会上示意,芯片现在有两条蹊径,一个是延续摩尔定律,一个是绕道而行。

李珂以为,简朴来说,延续摩尔定律,是在现有的框架下,通过提高设计、制造、封装上的手艺,把微电子的性能挖掘用尽。而绕道而行,则是迈过硅、微电子手艺这些框架,行使基础科学形成一个推翻性的手艺系统。

当前,半导体大厂正通过工艺、结构、质料的精进做成新型器件,使得手艺能够沿着摩尔定律继续往前走,但在这条路上,产业要战胜的手艺和成本难题有许多。

中国工程院院士许居衍曾提出后摩尔时代的手艺偏向。他以为,首先,主流偏向仍然是硅基冯诺依曼架构,其瓶颈是功耗和速率的平衡问题;其次,类硅模式是延续摩尔定律的主要手艺。另外,有一些新兴范式,是异常前沿的未来集成电路生长偏向,这属于基础研究局限,最近5-10年可能看不到产业化希望。

半导体在行至后摩尔定律时代,面临诸多的挑战。

吴汉明院士以为,后摩尔定律时代,芯片制造工艺正面临三大挑战,图形转移、新质料工艺、良率提升。进一步说,后摩尔时代,产业生长主要有三大驱动,高性能盘算、移动盘算、自主感知,这三大驱动指导了手艺研发的八项内容,即逻辑手艺、基本规则缩放、性能-功率-尺寸缩放、3D集成、内存手艺、DRAM手艺、Flash手艺、新兴非易失性内存手艺。

吴汉明示意,最终的目的是,在2-3年内将性能、功率、面积、成本增添或削减15%-30%不等。

潘晓明示意,仅仅通过增强工艺来延续摩尔定律是不够的,还应该追求算力方面的创新。通常制程手艺的演进,占性能提升因素的40%,设计优化和平台优化占有60%。当前AMD正通过微架构上的创新,争取在每一代CPU和GPU架构上实现性能的提升,对于被应用到闪存上的3D堆叠手艺,AMD将其应用到CPU上,同时,公司还在芯片设计上追求突破。“然则,性能提升幅度是有限的,尤其面临人工智能、机械学习、深度学习等基础应用的发作,对算力、性能都要求极高,通用CPU的显示相对受到限制”,潘晓明称。

绕道而行

在会上,中国科学院院士毛军发提到了一个绕道而行的方式――生长半导体异质集成电路,即将差异工艺节点的化合物半导体高性能器件或芯片、硅基低成本高集成度器件或芯片,与无源元件或天线,通过异质键合或外延生长等方式集成而实现的集成电路或系统。

在他看来,这可以推动集成电路从单一同质、二维平面,生长到异质集成、三维立体,可以突破单一工艺集成电路的功效、性能极限,算是一种新的手艺路径,科学意义和价值显著。国际上,美国和欧盟已有相关的手艺结构。

从微系统酿成庞大电子系统,会有新的挑战。毛军发提出三个挑战,多物理调控,包罗电磁、温度、应力;多性能协同,包罗信号、电源完整性,热、力;多材质融合,包罗硅、化合物半导体、金属等。这些偏向的改变,似乎带来了更多的手艺问题。毛军揭晓示,他所主导的手艺团队正举行手艺攻关。

而李珂对记者示意,关于避开摩尔定律的讨论有许多,业内另有以量子盘算取代通俗盘算、以光子替换电子等提议,但这些需要依赖基础科学的气力,在10-20年内是很难实现的。

第三条路:逾越摩尔

李珂对记者示意,就像跑得太快而无暇顾及景物,信息产业一起遵照摩尔定律,形成了一种惯性:简朴粗暴地靠速率、集成度以及更高的工艺来解决问题,而忽略了另一条路,靠多的应用、场景、解决方案来实现收益,这是一个逾越摩尔的思绪。

李珂示意,简朴说,就是一些场景对芯片的制程和工艺要求并没有那么高,够用就好,但它需要量大、潜入差其余装备、顺应差异场景。

产业趋势看,相比消费互联网,物联网正展现出更大的增进潜力,包罗家居、汽车、无人机,大街小巷的监控装备,甚至是工业互联网的装备。这个市场的特点是,所需的芯片用量远远大于消费电子,然则对芯片性价比的要求是更高的,主要是对芯片的制程和工艺要求比手机低许多,国际大厂在制程上追赶5nm、3nm,将摩尔定律逼至极限,但这些物联网的芯片甚至只需要28nm、45nm工艺水平。然则对芯片适配营业、顺应场景的能力要求更高。

李珂以为,所谓逾越摩尔,比拼的不再是手艺上的先进,而是应变能力,好比在同样的线宽、同样工艺上实现价值最大化以及能否在不提升工艺的情形下提升性能。而更主要的一点是,这条路径需要更重大的市场和应用,好比大规模城镇化带来基础设施的增进,这在许多欧洲国家是无法做到的,但对中国来说恰恰是一个时机。

中国的契机

虽然在底层的元器件上,中国是一个追赶者。最大的芯片制造厂中芯国际从90、54、28nm,追赶至7nm工艺,但相比台积电,仍然相差至少两代工艺。全球最大的手机市场在中国,然则手机芯片这类高价值的产物,中国险些依赖入口。

以手机为例,一部手机约有十几颗传感器芯片,他们的供应许多来自中国本土企业,但占有手机的价值很少,还常被主机厂压价,生意做得很辛勤。而手机中CPU只有一颗,大厂凭着更高的工艺、更优化的设计,站在利润的顶端。

市场的名目在变。李珂对记者示意,现在许多大厂反映,芯片生意越做越累。原来设计一块芯片可以适配几百万部手机,这样“躺赚”的时代似乎要竣事了。

台积电在2020年财报中剖析,只管手机仍然占有收入最大份额,但市场出货量在小幅下降,2019年降低2%,2020年再降9%,这反映了市场已经趋于饱和。而公司物联网和汽车的收入,虽然占比不大,但在今年一季度划分增进了10%和31%。

但在另一方面,一些并不先进的制程却在新的市场里找到了空间。以传感器芯片为例,数据显示,2020年中国MEMS市场规模仅有70多亿元,然则增速23.2%,远高于远高于全球平均水平。赛迪照料物联网产业中央的副总司理赵振越在会上示意,随着智能手机市场的疲软,许多传感器企业逐渐把眼光转向了工业领域。由于传感器的低成本,微型化、低功耗等特点,适合大规模的应用部署,以是这些企业已经在工业互联网领域举行了一个加速的渗透,他以为,后摩尔时代,中国是有时机依附终端应用和制造业的厚积薄发,实现异军突起的。

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     发布于 2021-06-29 00:00:20  回复
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