“每一個時期的重大發(fā)明都會改變我們的生活，19世紀的鋼鐵，20世紀的汽車飛機等等，在推動發(fā)展力的同時也讓社會蓬勃發(fā)展。而著重要說的就是20世紀中期半導體晶體管的發(fā)明，這一項發(fā)明讓社會產(chǎn)生了巨大的變化。基于半導體建立的IT技術(shù)，讓世界變成一個“村”，人類從此進入互聯(lián)時代?！痹?019海峽兩岸集成電路產(chǎn)業(yè)合作發(fā)展論壇上，臺積電中國區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理陳平談到科技對社會的影響。

發(fā)展動力強勁的半導體產(chǎn)業(yè)

半導體的出現(xiàn)徹底改變了我們的生活，集成電路發(fā)展到現(xiàn)在不過60年，最早出現(xiàn)的時候，產(chǎn)品規(guī)模全球每年只有幾千到幾萬臺；7、80年代開始，電子器件普及，產(chǎn)品規(guī)模一年達到數(shù)億臺；而到了最近幾年，手機等消費電子開始流行，每年產(chǎn)品規(guī)?？梢赃_到幾十億。人類的生活在不斷發(fā)生改變，越來越大的需求在不斷推動新技術(shù)的產(chǎn)生，移動終端、高速計算平臺、IOT以及自動駕駛等等，帶來無數(shù)商機。

半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動力很強，原因無他，源于人類對美好生活的向往，陳平說道。在過去的十年里，智能機、互聯(lián)網(wǎng)的興起推動社會產(chǎn)生了巨大變革，因此社會對半導體技術(shù)的期待與日俱增。所謂“由儉入奢易，由奢入儉難”，人類已經(jīng)沒有辦法去適應(yīng)落后的設(shè)備，如今手機即將進入5G時代，AI也在悄悄改變?nèi)祟惖纳?，所有這些最前沿高端的技術(shù)，最底層的機制都是芯片。

5G時代，每天都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為了處理這些爆炸式增長的數(shù)據(jù)，芯片需要擁有低功耗，低延時，高計算能力以及高帶寬等性能，因此能效比也成了如今制造芯片的關(guān)鍵指標。這些聽上去矛盾的性能要怎么實現(xiàn)？

三大法寶應(yīng)對龐大的半導體需求

陳平提出了這幾點思考：

1.如果想提升技術(shù)，必須延續(xù)摩爾定律的發(fā)展

陳平解釋道，所謂的摩爾定律就是當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，這其實是非常激進的理論，但從1987年的3μm，到如今已經(jīng)開始量產(chǎn)的7nm，大家似乎都不約而同的選擇遵守并追趕摩爾定律。

“就臺積電來說，7nm量產(chǎn)已經(jīng)超過一年，5nm已經(jīng)進入初期量產(chǎn)階段，明年年底將實現(xiàn)量產(chǎn)， 3nm也已經(jīng)在來的路上了，值得一說的是，我們的2nm的研發(fā)也已開始。我們在不斷追趕摩爾定律，它還在繼續(xù)前進，并沒有失效?！标惼秸f道。

而不斷改進縮小的工藝到底有什么用？陳平給出了這樣一個例子。大家都知道華為目前大部分手機都采用自家芯片，華為mate20是其中比較火的一款手機。這款手機配備的就是華為麒麟980芯片。這款芯片集成了69億個晶體管，擁有非常強大的性能以及極低的功耗，而這一切都是在7nm的工藝上實現(xiàn)的。

工藝的微縮進展得益于全行業(yè)的不斷創(chuàng)新，摩爾定律走到盡頭的言論在1992年就已經(jīng)有人提起，但這么多年來卻一直在延續(xù)，唱衰還言之過早，陳平稱。

對于芯片制造來說，光刻機是非常重要的一部分。光刻機在發(fā)展193nm的時候停頓了很多年，最終靠浸潤式技術(shù)實現(xiàn)了突破。如今所用的7nm技術(shù)就是依靠193nm的光刻機去實現(xiàn)的。如今光刻設(shè)備公司有了重大突破，euv技術(shù)讓光刻不在成為微縮的瓶頸，同時新材料也有了突破，這正是陳平有自信說出摩爾定律不會終止的原因。

2.大量引進3D集成概念

雖然目前技術(shù)在不斷進步，但終端產(chǎn)品出現(xiàn)越來越多的要求，需要高速的邏輯芯片以及存儲器、射頻芯片等等，像以往在一個平面上攤大餅顯然就不合適了，這樣子意味著芯片高功耗以及大面積等，與所追求的目標完全是相反的。

因此，陳平提出，目前的方法是用半導體晶片板代替集成電路板，下面布線，把不同的芯片接在下方，如果把芯片平行放置，這種方法被稱之為2.5D系統(tǒng)，如果垂直放置，就被稱為3D系統(tǒng)。而臺積電目前已量產(chǎn)2.5D系統(tǒng)，3D系統(tǒng)也正在開發(fā)，就這個方向來說，發(fā)展速度與摩爾定律是平行的。

作為例子，陳平提到CoWoS這個技術(shù)，它是2.5D系統(tǒng)的代表。原先因為價格昂貴被多家棄用，而隨著制程推進到16納米FinFET，以及異質(zhì)芯片整合趨勢成形，目前已有多家廠商訂購，2.5D系統(tǒng)可以提供高速計算，是目前比較通用的技術(shù)。

陳平還提到另一個趨勢-先進封裝技術(shù)，把不同工藝通過異構(gòu)集成組合在一起，用完全不同的工藝制造出來的芯片集合在一起，不僅可以保存功能，還能盡可能縮小體積。

3.硬件與軟件的協(xié)同優(yōu)化

對于產(chǎn)品的生產(chǎn)來說，硬件很重要，軟件也不能忽視。陳平說，在早先研發(fā)工藝的時候，采用的是機械方法，現(xiàn)在不一樣，你需要看最終的設(shè)計是否是最優(yōu)化的方案。因此在工藝開發(fā)的時候需要與客戶緊密合作，而不能以指標作為最終目的。

在系統(tǒng)層面上來說，以前的gpu，cpu等優(yōu)點是比較通用，可編程。但缺點也很明顯，效率比較低，用硬件加速的話，功能都是特定的，靈活性不好?，F(xiàn)在的設(shè)計將硬件加速器變成高效速率器件，同時帶有可編程、可設(shè)計功能，這是在系統(tǒng)層面的大方向。

就陳平來看，未來soc的結(jié)構(gòu)基本都會硬軟件相互配合優(yōu)化。而臺積電也將對系統(tǒng)段的優(yōu)化非常關(guān)注。

最終，陳平總結(jié)道，半導體產(chǎn)業(yè)的需求很高，現(xiàn)在要求已經(jīng)從單一型變成綜合的能效型，為了把整個系統(tǒng)做好，這三大法寶是必不可少的。
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