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IC发明60周年,下一波半导体发展的关键技术是?

导读: 今年是集成电路(IC)发明60周年,过去60年来,装载着IC的电脑、笔电、手机与网路,让资讯运算能力大幅提升,也大大改变了人类的生活模式。人类生活模式的改变,特别是沟通与接收讯息方式,又进一步迫使IC运算能力必须相对提升。

今年是集成电路(IC)发明60周年,过去60年来,装载着IC的电脑、笔电、手机与网路,让资讯运算能力大幅提升,也大大改变了人类的生活模式。人类生活模式的改变,特别是沟通与接收讯息方式,又进一步迫使IC运算能力必须相对提升。

集成电路的发展速度飞快,20多年前,一颗IC的尺寸是1微米,几乎是现今的100倍,储存容量相差达万倍以上。过去,一台电脑几乎要一个房间才能容纳得下,如今,一支小小手机上的芯片功能就已超越过去电脑的运算能力。

虽然每隔1~1.5年,半导体芯片功能可强大两倍的摩尔定律,在未来十年内仍然有效,不过,也有很多人担心尽头即将到来。当传统硅芯片透过曝光、显影等制程技术而来到极限时,下一步,人类该如何让半导体芯片功能继续强大呢?

透过异构整合技术的非传统芯片,成了市场开始思考的解决出路。异构整合,指的是将不同芯片透过封装或其他技术放在一起,使芯片功能更强大。不只符合半导体产业对缩小体积的追求,将不同功能的IC透过封装与半导体制程,整合到另外一片硅晶圆或其他半导体材料上,可提高设计开发的效率,还能突破硅物理限制,将硅材料应用到不同领域。

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例如,过去存储器与中央处理器的芯片是分开的,如今,两者整合已成为趋势。不仅如此,包括把传感器与非硅材如LED或通讯芯片等结合在一起,也是现在半导体产业的热门方向。

一般说来,异质整合具备两大优势:第一,在进行IC设计时,不需要把所有功能设计在同一个芯片上,可以提高设计开发的效率;第二,突破硅的物理限制,更能将硅应用到各种不同领域。

很明显的,异构整合将是下一波半导体发展的关键技术,中国也强势进入这一领域。

特别是中国对半导体设备的渴求程度,从下图中也可窥到一斑。在过去的十几年中(图中从2004年开始计算),全球的IC及元器件制造、封测等工厂在所使用的设备方面的投入逐年稳步上升,在最近的2017年,全球相关厂商共投入了560亿美元,用于购买各种设备,这比2016年的400亿美元提升了38%,这个上升幅度是很大的。

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过去中兴事件“一石激起千层浪”,引起全国人民关心我国集成电路产业,关心起“芯片”来,上至领导,下至普通老百姓。大家都在问:为什么我国集成电路产业老是落后?其他行业都上去了,为什么集成电路还要国家用大量外汇进口?

首先我们先一览中国集成电路产业发展艰难历程:

1、中国集成电路早期研发状况(中国科学院半导体所、13所等)

2、工业生产初步形成(878厂和上无19厂)

3、探索突破量产途径(爱卡、兴华和华科)

4、走上技术引进道路(742厂─华晶、华越)

5、转入中外合资阶段(贝岭、飞利浦─先进、首钢日电)

6、908工程和909工程(华晶和华虹)

7、从IDM转向代工(Foundry)(先进、华晶上华)

8、具有特色的典型企业(燕东、士兰、方正微电子)

9、国际化建设代工大厂(中芯国际和宏力)

10、台湾公司来大陆建厂(和舰、中纬、台积电松江、联芯、晶合、晋华、台积电南京)

11、外资独资来华建厂(海力士、英特尔和三星)

12、国家大基金注入国家团队大企业(中芯国际、华虹─宏力─华力、长江存储)

任谁都能看出,中国的集成电路产业终将成为一桩大生意。外资巨头开始入华建厂,大批国外从业人员也开始归国创业。得益于台积电开创的设计-制造分离的产业模式,大量的设计公司在国内涌现。同期,曾在德州仪器工作20年,拥有建晶圆工厂十余家经验的张汝京,从台湾来到大陆,创立了中芯国际,兴建晶圆工厂。

时至今日,虽然在众多关键领域仍然有巨大差距,但中国芯片行业已经能够在全球占据一席之地。以专利数量计量来看,美国占据了集成电路领域的23.56%,排名第一,日本占据了22.31%,排名第二,中国大陆占据22.25%,已经排至第三位。

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在未来的日子里,我们仍然将面临来自国外的技术封锁和产业打压。但是,经过几十年的发展,中国的集成电路产业的实力也早已今非昔比。

国际集成电路市场研究机构IC insights的一份报告,总结了中国集成电路发展史上的几次冲击,在表格的的最后一列,表头写着“Successful?”(成功了吗?)嘛,下面的一列全写着NO。在最后一行,最近的一次冲击上,IC insights留下了四个问号。

几十年努力,多少前辈心血。相信有一天,我们抓住这一关键技术,会把别人的问号掰直。

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