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中国工程院院士吴汉明:新形势下我国集成电路产业需系统性更新和加速发展

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水草 水草 2019-12-11 03:00

导语 中国工程院院士、芯创智(北京)微电子公司总裁吴汉明在12月9日举行的“万科•万创科技城项目发布暨阿里云创峰会•南...

中国工程院院士吴汉明:新形势下我国集成电路产业需系统性更新和加速发展

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中国工程院院士、芯创智(北京)微电子公司总裁吴汉明在12月9日举行的“万科•万创科技城项目发布暨阿里云创峰会•南昌站”上表示,集成电路作为当今信息社会基础的基础,具有独特的三性特点, 即基础性、先导性、战略性,这决定了我国集成电路产业发展非常特殊和艰难。 

吴汉明表示,集成电路产业是我们国家产业发展的工业粮食。但是我们国家的集成电路实际发展中遇到很多的困难,产业发展中要面对三大挑战:第一是有战略性产业特性的挑战,因为它有战略和市场的两重性;第二是技术层面上极小和超大的极限组合;第三是产业链极长,涉及领域极宽。因此,中国的集成电路产业发展尤其艰辛,如何迈过这三大坎?我们需要寻找特殊的办法推进。 

国内芯片产业发展困难重重 

战略性产业必然导致境外封锁政策和世界龙头企业的市场垄断,这两个层面制约了我们集成电路产业快速发展。战略层面,国外对我国的出口限制非常严格,我们只能强化产业链的建设,研发自主的先进技术。先期发展的世界龙头企业布置了一些专利壁垒对我国进行封杀,因此我国必须要拥有自己的专利技术,掌握芯片核心技术。 

另一个挑战来自于技术本身,以极小化28纳米产品为例,精度是几个纳米(人类头发丝直径5万纳米),制造精度差不多接近物理极限。同时也是超大系统组合技术,在一张硅片上同时制备数百万亿晶体管,通过60多种材料一千多步工艺制造出来,所以说制造层面上是极小与超大的极限组合工程技术。 

最严峻的挑战来源于产业链的完备性。因为我国起步晚、起点低,产业的源头从硅的提炼,到拉单晶制备硅片、芯片设计、芯片制造、工艺材料和装备、一路上有好多个基础工业环节支撑。同时集成电路制造涉及到的学科非常宽,在理工科院校里几乎有专业都与集成电路制造领域相关。 

摩尔定律和后摩尔时代 

吴汉明还分享了产业的摩尔定律和后摩尔时代定义。所谓摩尔定律是当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数量约每隔 18-24 个月就会增加一倍,性能也将提升一倍。后面 Moore 修正为:单位面积芯片上的晶体管数量每两年能实现翻番。技术按照这个节奏发展的经济回报效益最好。 

50多年来在全球按照摩尔定律的节奏,世界集成电路芯片技术发展非常快,导致晶体管的制造成本下降也非常快。把时光回顾到1957年,那时候每个晶体管制造成本大概要一块美金的水平,到1997年可以看到手指上的一块小芯片里面大概几百万个晶体管,这样的制造成本大概也是一块美金。 

技术的进步让晶体管价钱跌得非常快,技术的发展把晶体管制造成本变得非常便宜,使生活、社会发展有革命性的变化,所以芯片会越做越小。比如30年前大家看到的都是大电视,现在就是芯片驱动的平板电视。手机产业也是通过一系列技术的发展,让手机越做越小,最后形成智能手机。整个集成电路产业技术发展最核心的四个要点,就是体积小、功能多、耗电小和成本低。 

但是比较悲观的消息是单个晶体管的价钱无法像以前那样快速下降,例如在28纳米的时候,五分钱可以买到一百万个晶体管,但是到20纳米的时候,要5.2美分才能买到100万个晶体管,就是28纳米技术代以后每单个晶体管的成本降速趋缓,或者很难降下来,这也许是后摩尔时代的标志之一。 

那么后摩尔时代的主要标志是什么呢?晶片越做越小,使研发设计成本大幅攀升,以32纳米技术代为例,发展到当今的14和16纳米,所有的成本都要加一倍。例如,从32纳米代发展到16纳米技术代,一个上规模的芯片生产线(产能4~5万片/月)建厂成本从45亿增加到90亿美金,研发成本从9亿增长到18亿美金,设计成本则从1亿增加到2亿美金,这样高的成本支撑,使得设计公司必须在看到市场上有10亿美金的市场才愿意投入,否则投入的风险极大,根本没办法把成本收回来。 

整个芯片制造产业链中,我国从芯片设计到制造、封装、整机厂商产业链中,设计到制造的衔接环节看起来比较薄弱。为此需要建立了一个设计IP核公共平台,强化设计与制造两者衔接技术的发展。 

技术的发展呼唤一个公共的技术分享平台 

吴汉明还表示,目前我国芯片在国内市场上看到的是,国内市场还有少量的国产芯片销售,比例也就是2%-22%,大部分国内芯片市场都被进口芯片垄断。 

为什么会这样?虽然我国芯片制造企业有部分芯片的制造能力,但是主要承接国外芯片设计企业的订单。近年来国内的设计公司订单上升不少,但是设计服务能力还需要大幅提升,才能支持国内的大众创新发展道路。吴汉明表示,在这个产业背景下,我们建立了公共设计IP核平台,希望把芯片的设计制造紧密衔接起来,在这个平台上通过设计服务平台提供设计服务,提供芯片的生产和制造、封测、然后再推广到市场,弥补设计与制造的鸿沟,促进我国产业链的整体发展。 

最后,吴汉明总结,产业链的特点是需要关注核心环节,技术的发展使得业内呼唤一个公共的技术分享的平台,要重视产业链中的软环节的发展,譬如EDA/IP核等技术。我国产业技术发展中迫切需要设计符合国情的新型的产学研合作方式,加快产业发展速度。 

据悉,此次峰会由江西万科牵手阿里云创新中心共同举办,聚焦人工智能、物联网等领域,聚集了院士、科学家、财经作家、产业、创业孵化、投融资等领域国际国内知名人士,会上还进行了阿里云创新中心项目落地万科•万创科技城等重磅消息的发布。


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