摩爾定律由英特爾聯(lián)合創(chuàng )始人戈登.摩爾(Gordon Moore)提出，意思是說(shuō)：當價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍。不可否認，隨著(zhù)繼續向下推進(jìn)新的制程節點(diǎn)正變得越來(lái)越困難，摩爾定律正在逐漸走向極限，但不可忽視的是，在摩爾定律依然在延續的今天，中國在制造工藝上與世界先進(jìn)工藝依然存在較大差距，如何縮小這其間的差距依然是不得不思考的問(wèn)題。另外，在后摩爾時(shí)代，如何繼續推進(jìn)摩爾定律也是業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題。
IMEC中國區總裁 丁輝文
多元化應用需要多元化半導體技術(shù) 中國必須開(kāi)發(fā)先進(jìn)工藝節點(diǎn)
丁輝文認為，講摩爾定律，其實(shí)首先是應用推動(dòng)了芯片的成長(cháng)，而在應用當中，主要是IoT、移動(dòng)通訊、云端服務(wù)這三大應用市場(chǎng)。同時(shí)這三大應用對半導體器件有不同的要求：一是IoT應用，功耗在1mW到100mW；二是移動(dòng)通訊部分，功耗是100mW到10W量級上的需求；三是云端服務(wù)，追求的是速度、速率、性能，在功耗上的需求可能在100W量級。“這就變成三大應用推動(dòng)了整個(gè)半導體的研發(fā)以及半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”丁輝文說(shuō)。
經(jīng)?？梢月?tīng)到一種聲音，即“中國是不是可以不用做先進(jìn)的工藝，既然追不上最先進(jìn)的技術(shù)，是否只要做28nm就夠了”？對此，丁輝文表示，IoT應用的功耗在毫瓦量級，根據功耗、性能，晶圓片上的節點(diǎn)大概做到28nm就可以了，可以不一定遵循到摩爾定律5nm、3nm。但從移動(dòng)通訊市場(chǎng)來(lái)看，目前華為、中興等領(lǐng)先的公司已經(jīng)把手機芯片做到16nm，并且量產(chǎn)，現在正在做7nm的量產(chǎn)。這說(shuō)明，如果做手機芯片一定還要沿著(zhù)16nm往前走。對于云端服務(wù)類(lèi)市場(chǎng)，也一定要沿著(zhù)摩爾定律繼續往前走。“因此，是否要做先進(jìn)的工藝，就必須搞清楚對這三大應用市場(chǎng)需要自主掌控的程度。”丁輝文說(shuō)，如果只做IoT，那么做到28nm就可以了，但要在手機、服務(wù)器市場(chǎng)自主掌握，那設計工藝也要匹配到相應的工藝節點(diǎn)，這是核心的部分。
摩爾定律能持續發(fā)展到2025年，7nm之后如何延續摩爾定律？
目前，遵循摩爾定律，晶體管尺寸還在繼續縮小，不管是Logic，還是NAND，抑或DRAM，只不過(guò)到2016年，2DNDAN開(kāi)始往3DNAND的方向走。
“IMEC目前正在與合作伙伴一起做一個(gè)邏輯工藝的研發(fā)平臺，現在已經(jīng)可以做到65nm、45nm、28nm、20nm、14nm、10nm。”丁輝文直言，在T-1階段，離現在兩年的時(shí)間，IMEC做的是5nm、7nm的研究，7nm幾乎完成。再往前兩年，IMEC還在做2nm、3nm的研究，以致于最新的研究導入的技術(shù)還在探討2nm。“換句話(huà)說(shuō)，我們的整個(gè)研發(fā)平臺是從小于2nm做到5nm、7nm。”
據介紹，IMEC還打造了一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，包括Intel、三星、TSMC、海思、高通、ARM等公司。“我們幾乎吸引了全部設備公司和材料公司，以及全球大概600家系統級廠(chǎng)商一起研究未來(lái)的器件，推動(dòng)整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”丁輝文說(shuō)。
丁輝文稱(chēng)，實(shí)際上，每當摩爾定律走到一個(gè)難走的狀態(tài)，就會(huì )出現一些新的技術(shù)。比如，2013年、2014年如果沿著(zhù)28nm再往前周，平面的工藝幾乎走到盡頭，摩爾定律可能就偏離摩爾定律了，這時(shí)就是出現了三維的FinFET，到2020年，當往前走到7nm，你會(huì )發(fā)現這個(gè)路也走不通，這時(shí)可能會(huì )有其它的方法，如SiGa channel、LNW出現。這使得半導體器件能繼續沿著(zhù)摩爾定律往前走。
另外，目前MRAM和RRAM、PCM這些新的Memory已經(jīng)到了非?？拷a(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化的狀態(tài)，加上新的架構，也能使摩爾定律繼續往前延伸。在計算部分，業(yè)界也還在不斷尋找是否有新的產(chǎn)品和技術(shù)，新的結構、新的材料能夠讓半導體器件繼續往前延伸。另外，IMEC也在研究神經(jīng)形態(tài)計算、quantum computing，未來(lái)晶體管有可能走不下去，用這個(gè)方法去替代，形成整個(gè)產(chǎn)業(yè)界對摩爾定律的追求。
丁輝文稱(chēng)，總的來(lái)講，摩爾定律一直在向前延伸，當摩爾定律偏離方向，通過(guò)新的產(chǎn)品和技術(shù)、新的架構，新的材料，可以再回到摩爾定律上，這在10nm、7nm工藝節點(diǎn)都可能發(fā)生。再往前走到5nm工藝節點(diǎn)，EUV會(huì )把5nm以下的器件的成本降低，如果不行，又會(huì )通過(guò)新的方案，比如新的機器學(xué)習，量子計算等新的方案回到摩爾定律。在他看來(lái)，摩爾定律將會(huì )持續到2025年以后。
在制造工藝上，中國如何趕超世界先進(jìn)技術(shù)？
目前在制造工藝上，中國與世界先進(jìn)工藝節點(diǎn)依然存在較大差距。那么，中國該如何趕超世界先進(jìn)水平的思路？對此，丁輝文提出了自己的觀(guān)點(diǎn)和對策。
一是邏輯代工對標TSMC——集中火力，（緊追摩爾+客戶(hù)培養）*VIRTUAL IDM。即由代工廠(chǎng)負責，集中央到地方資金支持。技術(shù)來(lái)源則可參加IMEC會(huì )員，與全球所有公司享有同等權利，IP、數據、團隊參與研發(fā)，目前IMEC研發(fā)5nm。這樣幾年后，有機會(huì )縮短甚至趕超。
在商業(yè)模式上，一方面是市場(chǎng)化，以市場(chǎng)和股東利益為主導，采用pure play foundry模式，這種模式廣泛被國際接受。由于客戶(hù)和研發(fā)的技術(shù)、時(shí)間點(diǎn)和經(jīng)濟指標匹配難，追趕速度可能慢。另一方面是國家戰略，以擁有和趕超先進(jìn)技術(shù)為主導，采用Virtual IDM模式。這種模式投資較大，效率較低，但是由于客戶(hù)和研發(fā)的技術(shù)、時(shí)間點(diǎn)和經(jīng)濟指標匹配較容易，追趕速度可能快。在盈利方面，則可通過(guò)投資被扶持的設計公司的成功而獲利，如UMC-聯(lián)發(fā)科模式。
對于設計公司來(lái)說(shuō)，則可以從傍大款模式和山寨模式轉向VIRTUAL IDM模式。丁輝文解釋稱(chēng)，大款意即獨家或單一市場(chǎng)訂單就能支撐某個(gè)供應商的生存，如華為支撐海思，另外一種就是巨型終端公司，如華為、OPPO、VIVO等，還有一種是代工廠(chǎng)，如SMIC、華虹。在丁輝文看來(lái)，設計公司一方面可以拼創(chuàng )新，包括與終端公司合作，定義和開(kāi)發(fā)未來(lái)N年使得終端產(chǎn)品有市場(chǎng)優(yōu)勢（絕活）的核心技術(shù)，以及與Foundry合作形成特殊工藝（通常同時(shí)帶來(lái)成本優(yōu)勢），這將會(huì )產(chǎn)生巨大競爭優(yōu)勢，同時(shí)也需要長(cháng)期積累。另一方面可以拼成本，這只是入門(mén)戰略，市場(chǎng)變化往往很快，或紅海一片，因此，能否持續研發(fā)，并建立穩定制造等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系是關(guān)鍵。
二是研發(fā)中心對標IMEC，借力IMEC。比如，利用IMEC，在中國成立IMEC研究中心，在IMEC的研發(fā)基礎上做加法，避免重復投資，重復研發(fā)。
“半導體工藝尺寸的縮小和摩爾定律能持續發(fā)展到2025年以后，中國半導體有成功的歷史機遇，巧用國際和國內資源，中國有機會(huì )在各領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平。” 丁輝文如是說(shuō)。
