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纪念六十年,展望一世纪,纪念集成电路发明60周年学术年会在清华大学召开
 2018-10-12
 

2018年10月11日,由中国电子学会、国家自然科学基金委员会信息科学部、中国科学院信息技术科学部、中国工程院信息与电子工程学部联合主办的“纪念集成电路发明60周年学术年会”在清华大学隆重召开。

 

1958年 9月12日,德州仪器公司的基尔比(Jack Kilby)将几个锗晶体管粘在一块锗片上,并用细金丝将晶体管连接起来,发明了世界上第一块锗集成电路。

 

1959年7月,诺伊斯基于硅平面工艺,发明了世界上第一块硅集成电路,包括4个晶体管和6个电阻一个环形振荡器。该集成电路更适合商业化生产。

 

1961年春第一个军用集成电路上市,当时售价是120美元。1964年民用产品开始使用集成电路,第一个使用集成电路的了用产品是助听器。

 

光阴似箭,日月如梭,转瞬60年过去。在这60年里,人类一直在享受着集成电路的红利。60年来,集成电路的发展以一直线的方式向前推展,使得IC产品能持续降低成本,提升性能,增加功能。摩尔定律提示的晶体管经济成本最低化得到贯彻。

 

中国科学院院士王阳元做了《创新镌刻青史,探索孕育未来--纪念六十年,展望一世纪》的报告。王院士在报告中指出,集成电路和集成微系统已经成为信息社会各行各业的基石,集成电路具有战略性和市场性双重特性。战略性体现于具有威慑力的有限系统需求,是保障国家安全的基础,市场性体现于满足不断增长的系统需求,推动经济高质量发展。

 

集成电路发明是基于问题、分析问题和解决问题的创新过程。集成电路60年的发展史上是一部以创新镌刻历史的发明史,集成电路技术的发明开辟了许多新的领域,带来了巨大的市场,集成电路的每项重要发明,都在改变人类的生产方式和生活方式。不管是信息的获取、存储、处理还是执行,都离不开集成电路。

 

文中探讨总结了全球集成电路产业60年来的发展经验,并提出了若干规律,一是资金的密集与持续性投入,每一个技术节点有研发成本都是上一技术节点的1.5倍;二是每一个重大发明,从研发至量产的时间都差不多是10年;三是约10 年取得一代技术进步;四是集成电路产品驱动系统级产品约10年进行一次更新换代;五是CPU和存储器芯片中晶体管数的增长符合摩尔定律。

 

集成电路的技术进步源于不断增长的市场需求,集成电路复杂度的提高源于制造技术和设计技术的不断创新。60年来,技术节点从10um缩至今天的10/7nm,5/3nm也在准备中。谈到集成电路技术发展趋势时,王院士强调到,进入后摩尔时代,未来集成电路产业和科学技术进步发展的驱动力是降低功耗,而不是以提高集成度(或减少特征尺寸)为节点,即以提高性能/功耗/成本比为标尺。

 

中国工程院院士许居衍做了《探索可重构芯片浪潮》的报告。许院士的报告包括三大论点,一是“硅冯”范式犹在;二是“摩尔”不再重要;三是创新“转向”架构。

 

许院士指出,硅CMOS与冯.诺依曼计算模式所形成的“硅-冯”科技 范式,主导了当今ICT的发展,实现了用硅的二进制编码表证事物的特征及其演变过程与结果。“硅-冯”范式发展到今天,遇到了许多难题,推进速度放慢。

 

许院士从摩尔定律原始涵义、企业当前导向、行业指导路线图、指数增长的历史规律和集成电路寿命曲线等方面,讨论并得出“摩尔不再重要”(MOORE DOESN’T MATTER)的结论。许院士表示,产业正在发生重大变化!记住“只有偏执狂才能生存”,号召“忘掉MOORE,重记GROVE”。

 

许院士认为,当“摩尔”不再重要,而“硅冯”又欲罢不能的情况下,芯片进入了计算架构创新的黄金时代。

 

报告引用《未来视野》创办人马尔科姆·佩恩关于“在半导体颠覆性、指数性、循环性三大创新模式中,当前只有循环性创新还在发生作用”的论述,回顾了半导体技术发展的循环规律,以及当前出现的、与循环规律密切的几个主要先兆,讨论了下一个十年半导体芯片架构创新将进入可重构浪潮的可能,并由此提出了关于迎接浪潮、加强开展可重构芯片研究与业化的建议。

 

中国科学院院士郝跃做了《宽禁带和超宽禁带半导体器件新进展》的主旨报告。郝院士在报告中指出,以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体与以金刚石、氮化铝为代表的超宽禁事半导体具有宽带隙、高漂移速度、高热导率、高击穿场强,特别适合于制造式作于高开关频率、高速度、高功率、高压、高电流、耐高温的半导体器件和短波长电光器件。

 

郝院士表示,随着5G移动通信、雷达探测、轨道交通、光伏发电、半导体照明、高压输变电等应用领域的不断发展,宽禁带和超宽禁带半导体器件已经成为国际半导体器件和材料的研究发展和产业化热点。并介绍了海外在宽禁带和超宽禁带半导体方面的研究进展。

 

郝院士强调,我国目前在宽禁带半导体器件方面开始全面产业化应用,在超宽禁带半导体器件方面已经有了很好的基础研究成果。

 

美国国家工程院院士卢超群做了《科技创智将引领指数型经济成长:IC4.0加乘PI/AI新纪元》的报告。卢院士在报告中指出,在过去的69年中,集成电路已经从1.0进入了4.0,一个更多创新的异质整合技术,融合不止是硅且有更多其他材料与垂直设计,加以善用微缩配合软硬件兼顾整体设计以贯彻至纳米级系统。

 

中国科学院院士王曦做了《智能传感器技术及产业发展趋势》的报告。王院士表示 ,智能传感器是未来智能感知时代的重要基础,应用领域广泛,市场规模大。全球智能传感器发展趋势是成本下降、功能集成、应用多元、创新融合,向智能化、系统化方向发展。

 

王院士强调,我国传感器产业已经具有一定基础,以东北地区、环渤海地区和长三角地区三大主流区域,建设形成了较为完整的产业链,但是在专业的研发和代工平台方面有待加强。

 

王院士指出,我国传感器技术目前创新能力还很弱,产品产主要以仿造和二次开发为主,新品研制方面落后近10年,产业化水平要落后10-15年。市场方面,中产化率不足10%,和集成电路一样,严重依赖进口。本土企业由于创新能力弱,验证以参与国内高端市场竞争。

 

王院士针对我国传感器的现状提出了发展建议,一是加强应用需求牵引;二是培育创新型产品,打造领军企业;三是建设研发中试线,提供fuck保障;四是坚持前沿创新。

 

中国科学院院士刘明做了《半导体存储技术》的报告。报告对主流存储器技术和新型存储器技术发展现状进行了报告,还对我国相关存储器的研究成果进行了报告。北航赵巍胜教授在《自旋电子芯片技术》的报告中也对磁传感器的发展和北航团队在磁传感器方面的最新进展。

 

半导体存储器是市场份额最大的单一集成电路产品,2018年有望突破1000亿美元大关。目前都被三星、SK海力士、美光、东芝等企业瓜分。我国每年要进口约700亿存储器芯片。尽管长江存储、合肥长鑫、晋华集成都投入了巨大的金钱,但目前看来还有很长的路要走。

 

从刘院士和赵教授的报告中,我们可以清楚地知道,我国在新型存储器方面已经取得了很多突破,成绩相当喜人。

 

清华大学教授魏少军做了《可重构芯片的方法学原理》的报告。和许院士的《探索可重构芯片浪潮》形成呼应。魏教授指出,可重构的概念的提出是1960年代,经过50多年才终获突破。

 

魏教授表示,可重构芯片又称为软件定义芯片,具备软件、硬件双编程的特性。其硬件架构和功能随软件豪华而实时动态变化。

 

魏教授说,中国在经过10年的不懈努力,攻克了计算模式、硬件架构、映射方法等一系列核心关键技术,实现了芯片架构功能的纳秒级重构,使硬件电路可随着软件算法的变化而快速变化,在确保灵活性的同时,大幅提升能量效率。

 

可重构芯片打通了“应用定义软件、软件定义芯片”,是替代ASIC、FPGA和CPU新型电路架构技术。中国在可重构芯片方面成为全球领跑者,有望为我国集成电路设计业摆脱跟随模仿,实现超越提供一条全新的技术路线。

 

中国科学院微电子所所长叶甜春做了《集成电路器件先导技术研究进展》的报告。报告在分析国内外集成电路制造技术和产业发展趋势、我国集成电路制造技术研发布局的基础上,介绍了我国在22-14纳米节点工艺研究成果,7纳米工艺节点的关镇技术进展、5纳米及以下工艺节点新结构、新材料技术研发情况。

 

叶所长在报告中指出,在开展22-14纳米节点工艺研究时,采用“专利导向下的研发战略”,研究专利地图,有目标的突破壁垒,确立专利质量与数量同步目标,寻求局部特色的解决方案,占据自己的位置,为产业提供支撑。已经在中芯国际和武汉新芯进行了验证开发,多项成果导入实质应用。

 

叶所长表示,追赶者的挑战和机遇均来自集成电路领域的广度、深度和复杂度,最需要的是定力,不能重蹈过去间歇式投入的弊端。

 

大基金总裁丁文武在随后的圆桌论坛中也指出,要防止过去那种脉冲式投入模式,和叶所的间歇式投入呼应。丁总裁强调,在集成电路发展中,资金、技术、人才、市场是四大要素。现阶段,市场是自己的;资金有准备,国家有产业基金,有地方投资和社会资本,还有外资,资金的来源有很多;而对于技术和人才,我们要加强。要自主创新,要技术引进、消化再创新。没有人啥都不行,技术没人研究不行,人才是关键。人才的培养,要做好规模、质量和结构三才之间的协调。数量是基础,质量是关键,结构可以解决分布问题。

 

最后以王阳元院士的话做为结语。

 

王阳元院士表示,现阶段,我国集成电路的发展正处于“天时、地利、人和”的难得机遇期,信息时代是中华民族的伟大复兴和集成电路从摩尔时代走向后摩尔时代的交互共振期,在遵照市场规律的前提下,运用国家意志,聚集人才、资金等资源,以相对优势“围剿”卡脖子问题,我国集成电路就能走向世界前列。

 

(来源:芯思想)