劉明院士之問：芯片靠尺寸微縮還能走多遠?

來源:中國電子報

       9月15日，中國科學院院士、復旦大學芯片與系統前沿技術研究院院長、教授劉明在第二屆中國(上海)自貿區臨港新片區半導體產業發展高峰論壇上表示，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。
　　
　　尺寸微縮的紅利空間已經很小了
　　
　　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。劉明認為，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。
　　
　　她以材料領域為例說道，80年代的集成電路生產線只有12種材料，90年代有五種新材料進入集成電路生產，20世紀以后有大量新材料進入產線。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。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到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。
　　
　　先進封裝是一條可選擇的道路
　　
　　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。
　　
　　“如果我們用做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來進行集成芯片的集成，能夠實現15%左右的性能提升。
　　
　　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。
　　
　　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。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。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。