在2019海峽兩岸集成電路產(chǎn)業(yè)合作發(fā)展論壇上，在談到科技對(duì)社會(huì)的影響時(shí)，臺(tái)積電中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理陳平說(shuō)：“每一個(gè)時(shí)期的重大發(fā)明都會(huì)改變我們的生活，19世紀(jì)的鋼鐵，20世紀(jì)的汽車(chē)飛機(jī)等等，在推動(dòng)發(fā)展力的同時(shí)也讓社會(huì)蓬勃發(fā)展。而著重要說(shuō)的就是20世紀(jì)中期半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明，這一項(xiàng)發(fā)明讓社會(huì)產(chǎn)生了巨大的變化。基于半導(dǎo)體建立的IT技術(shù)，讓世界變成一個(gè)“村”，人類(lèi)從此進(jìn)入互聯(lián)時(shí)代?！?/p>
一、發(fā)展動(dòng)力強(qiáng)勁的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)
半導(dǎo)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(guò)60年，最早出現(xiàn)的時(shí)候，產(chǎn)品規(guī)模全球每年只有幾千到幾萬(wàn)臺(tái);7、80年代開(kāi)始，電子器件普及，產(chǎn)品規(guī)模一年達(dá)到數(shù)億臺(tái);而到了最近幾年，手機(jī)等消費(fèi)電子開(kāi)始流行，每年產(chǎn)品規(guī)模可以達(dá)到幾十億。人類(lèi)的生活在不斷發(fā)生改變，越來(lái)越大的需求在不斷推動(dòng)新技術(shù)的產(chǎn)生，移動(dòng)終端、高速計(jì)算平臺(tái)、IOT以及自動(dòng)駕駛等等，帶來(lái)無(wú)數(shù)商機(jī)。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動(dòng)力很強(qiáng)，原因無(wú)他，源于人類(lèi)對(duì)美好生活的向往，陳平說(shuō)道。在過(guò)去的十年里，智能機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的興起推動(dòng)社會(huì)產(chǎn)生了巨大變革，因此社會(huì)對(duì)半導(dǎo)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(lèi)已經(jīng)沒(méi)有辦法去適應(yīng)落后的設(shè)備，如今手機(jī)即將進(jìn)入5G時(shí)代，AI也在悄悄改變?nèi)祟?lèi)的生活，所有這些最前沿高端的技術(shù)，最底層的機(jī)制都是芯片。
5G時(shí)代，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為了處理這些爆炸式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，芯片需要擁有低功耗，低延時(shí)，高計(jì)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(biāo)。這些聽(tīng)上去矛盾的性能要怎么實(shí)現(xiàn)?
二、三大法寶應(yīng)對(duì)龐大的半導(dǎo)體需求
陳平提出了這幾點(diǎn)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(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，這其實(shí)是非常激進(jìn)的理論，但從1987年的3μm，到如今已經(jīng)開(kāi)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(tái)積電來(lái)說(shuō)，7nm量產(chǎn)已經(jīng)超過(guò)一年，5nm已經(jīng)進(jìn)入初期量產(chǎn)階段，明年年底將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)， 3nm也已經(jīng)在來(lái)的路上了，值得一說(shuō)的是，我們的2nm的研發(fā)也已開(kāi)始。我們?cè)诓粩嘧汾s摩爾定律，它還在繼續(xù)前進(jìn)，并沒(méi)有失效?！标惼秸f(shuō)道。
而不斷改進(jìn)縮小的工藝到底有什么用?陳平給出了這樣一個(gè)例子。大家都知道華為目前大部分手機(jī)都采用自家芯片，華為mate20是其中比較火的一款手機(jī)。這款手機(jī)配備的就是華為麒麟980芯片。這款芯片集成了69億個(gè)晶體管，擁有非常強(qiáng)大的性能以及極低的功耗，而這一切都是在7nm的工藝上實(shí)現(xiàn)的。
工藝的微縮進(jìn)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(lái)卻一直在延續(xù)，唱衰還言之過(guò)早，陳平稱(chēng)。
對(duì)于芯片制造來(lái)說(shuō)，光刻機(jī)是非常重要的一部分。光刻機(jī)在發(fā)展193nm的時(shí)候停頓了很多年，最終靠浸潤(rùn)式技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破。如今所用的7nm技術(shù)就是依靠193nm的光刻機(jī)去實(shí)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(shí)新材料也有了突破，這正是陳平有自信說(shuō)出摩爾定律不會(huì)終止的原因。
2.大量引進(jìn)3D集成概念
雖然目前技術(shù)在不斷進(jìn)步，但終端產(chǎn)品出現(xiàn)越來(lái)越多的要求，需要高速的邏輯芯片以及存儲(chǔ)器、射頻芯片等等，像以往在一個(gè)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(biāo)完全是相反的。
因此，陳平提出，目前的方法是用半導(dǎo)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(chēng)之為2.5D系統(tǒng)，如果垂直放置，就被稱(chēng)為3D系統(tǒng)。而臺(tái)積電目前已量產(chǎn)2.5D系統(tǒng)，3D系統(tǒng)也正在開(kāi)發(fā)，就這個(gè)方向來(lái)說(shuō)，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(gè)技術(shù)，它是2.5D系統(tǒng)的代表。原先因?yàn)閮r(jià)格昂貴被多家棄用，而隨著制程推進(jìn)到16納米FinFET，以及異質(zhì)芯片整合趨勢(shì)成形，目前已有多家廠商訂購(gòu)，2.5D系統(tǒng)可以提供高速計(jì)算，是目前比較通用的技術(shù)。
陳平還提到另一個(gè)趨勢(shì)-先進(jìn)封裝技術(shù)，把不同工藝通過(guò)異構(gòu)集成組合在一起，用完全不同的工藝制造出來(lái)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(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，硬件很重要，軟件也不能忽視。陳平說(shuō)，在早先研發(fā)工藝的時(shí)候，采用的是機(jī)械方法，現(xiàn)在不一樣，你需要看最終的設(shè)計(jì)是否是最優(yōu)化的方案。因此在工藝開(kāi)發(fā)的時(shí)候需要與客戶(hù)緊密合作，而不能以指標(biāo)作為最終目的。
在系統(tǒng)層面上來(lái)說(shuō)，以前的gpu，cpu等優(yōu)點(diǎn)是比較通用，可編程。但缺點(diǎn)也很明顯，效率比較低，用硬件加速的話(huà)，功能都是特定的，靈活性不好?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)將硬件加速器變成高效速率器件，同時(shí)帶有可編程、可設(shè)計(jì)功能，這是在系統(tǒng)層面的大方向。
就陳平來(lái)看，未來(lái)soc的結(jié)構(gòu)基本都會(huì)硬軟件相互配合優(yōu)化，而臺(tái)積電也將對(duì)系統(tǒng)段的優(yōu)化非常關(guān)注。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的需求很高，由單一型變成綜合的能效型，掌握好三大法寶，是壯大半導(dǎo)體行業(yè)的必要手法。