刘鹤主持科技体制改革会议，讨论后摩尔时代的 “潜在颠覆性技术”

据中国政府网消息，5月14日，国家科技体制改革和创新体系建设领导小组第十八次会议在北京召开。中共中央政治局委员、国务院副总理、国家科技体制改革和创新体系建设领导小组组长刘鹤主持会议并讲话，会议讨论了面向后摩尔时代的集成电路潜在颠覆性技术。

“后摩尔时代”是指集成电路产业的哪一阶段？其对产业一直以来奉行的“摩尔定律”的颠覆，所带来的新技术又有哪些？

摩尔定律优势不在之时，便是后发者弯道超车之机

半导体工业诞生于上世纪70年代。1965年，时任仙童半导体的工程师摩尔预言了集成电路发展的趋势，后经修正，就是大名鼎鼎的摩尔定律。集成电路上可容纳的晶体管数量每隔18-24个月就增加一倍，性能也提升一倍。换言之，为了达到摩尔定律，在二维层面，晶体管的长宽需各缩小到原来的70%，才能让芯片面积缩小近一半。

摩尔定律下CPU、存储器、逻辑芯片的尺寸越来越小

近50年来，“摩尔定律”一直被半导体行业奉为金科玉律。然而近年来随着芯片工艺不断演进，硅的工艺发展趋近于其物理极限，晶体管数目增加逐步放缓。以台积电为例，2018年4月，其实现了7纳米工艺量产，2020年三季度实现5纳米工艺量产，预计3纳米工艺将在明年下半年实现量产。有报道称，台积电2纳米工艺预计在2024年量产，1纳米工艺研发亦在推进。

此外，各大厂商对工艺节点的命名也出现了分歧，不再是简单的0.7倍微缩法则。近期，IBM发布了2纳米工艺，但业界有不同声音，经过模拟测量，认为该工艺更接近3纳米。又如英特尔的10纳米芯片与台积电的7纳米芯片具有大致相等的晶体管密度。当前业界正在讨论哪种新数字或数字组合可以更好地反映进度。

但不管怎样，越来越多的人认为摩尔定律即将终结，因此“后摩尔时代”概念随之而出。如果需要寻找新的技术去支撑芯片继续前进，意味着摩尔定律形成的多年先发优势或不再受用，后发者若能提前识别并做出前瞻性布局，完全存在换道超车的可能性。

哪些属于“潜在颠覆性技术”？

中国工程院院士、浙江大学杭州国际科创中心领域首席科学家吴汉明此前就曾指出，“后摩尔时代”来临，中国IC产业面临重大机遇。

吴汉明认为，当前中国IC产业面临两大壁垒。其一是政策壁垒，主要来自巴黎统筹委员会、瓦森纳协议的困锁，先进工艺、装备材料和设计、EDA（电子设计自动化）软件等产业链的三大环节被“卡脖子”。

其二则是产业新壁垒。国际集成电路行业的龙头企业提早布局，在发展中掌握了专利核心技术，使得中国相关企业很难“闯”过去。而产业上的难点主要体现在技术上，中国半导体行业必须尽快做强核心专利，甚至要有一些“进攻性”的专利与其抗衡。

所谓后摩尔时代的潜在颠覆性技术，可以理解为绕过现有技术演进的技术。澎湃新闻采访了多位业内专家对于这类技术的看法。

材料、架构、制造封装

芯谋研究首席分析师顾文军表示：“后摩尔时代有三个方面值得研究，一个是新材料，每一次新技术发展材料都是非常重要的，现在是硅基，以后可能是碳基；第二是架构上的创新；第三，制造封装端，比如Chiplet（芯粒）等都是值得研究的。”顾文军表示还有新的物理器件、新的存储器都值得关注。

北京半导体行业协会副秘书长朱晶认为，颠覆性技术要沿着计算、存储、功率、感知、通信、AI、类脑等这些方向去寻找。

朱晶曾经在“2020年中国集成电路产业现状回顾和新时期发展展望”一文中对后摩尔时代诸多颠覆性技术有过论述。

朱晶在文中称，当前，在摩尔定律放缓以及算力和存储需求爆发的双重压力下，以硅为主体的经典晶体管很难维持集成电路产业的持续发展，整个产业正快速进入一个大变革的时代，技术创新密集活跃，尤其是围绕新材料和新架构的颠覆性技术将成为后摩尔时代集成电路产业的主要选择。

在新材料方面，朱晶认为通过全新物理机制实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件，推动半导体产业的革新。例如，拓扑绝缘体、二维超导材料等能够实现无损耗的电子和自旋输运，可以成为全新的高性能逻辑和互联器件的基础；新型磁性材料和新型阻变材料能够带来高性能磁性存储器如MRAM和阻变存储器，三代化合物半导体材料、绝缘材料、高分子材料等基础材料的技术也在孕育突破。

在架构方面，朱晶认为，以RISC-V为代表的开放指令集及其相应的开源SoC芯片设计、高级抽象硬件描述语言和基于IP的模板化芯片设计方法，将取代传统芯片设计模式，更高效应对快速迭代、定制化与碎片化的芯片需求。类似脑神经结构的存内计算架构将数据存储单元和计算单元融合为一体，能显著减少数据搬运，极大地提高计算并行度和能效。计算存储一体化在硬件架构方面的革新，将突破AI算力瓶颈。基于芯粒的模块化设计方法将实现异构集成，被认为是增强功能及降低成本的可行方法，有望成为延续摩尔定律的新路径。

特色工艺、异构集成

天风证券分析师潘暕在其4月18日发布的一份报告中指出，超越摩尔定律在后摩尔时代迎来了高潮。而超越摩尔定律相关技术发展的基本点，一是发展不依赖于特征尺寸不断微缩的特色工艺，以此扩展集成电路芯片功能。二是将不同功能的芯片和元器件组装在一起封装，实现异构集成。

在此基础上，潘暕认为先进封装技术大有可为。其中，系统级封装（SiP）代表半导体业的发展方向之一，相比SoC，SiP系统集成度高，但研发周期反而短，且能减少芯片的重复封装，降低布局与排线难度，缩短研发周期。

同时采用芯片堆叠的3DSiP 封装，能降低PCB板的使用量，节省内部空间。

华金证券分析师胡慧3月3日发布的报告同样认为，先进封装是后摩尔时代的必然选择，将会重新定义封装在半导体产业链中的地位，封装环节对芯片性能的影响将会提高。

另据Yole的数据，2019年全球先进封装市场规模为290亿美元，预计到2025年达到420亿美元，年均复合增速约6.6%，高于整体封装市场4%的增速和传统封装市场1.9%的增速。

先进封装技术外，潘暕认为，Chiplet（小芯片/芯片粒/裸芯片）模式同样也有望带来产业链环节颠覆式改变。

后者将大尺寸的多核心的设计分散到较小的小芯片，更能满足现今高效能运算处理器的需求；而弹性的设计方式不仅提升灵活性，也能有更好的良率及节省成本优势，并减少芯片设计时程，加速芯片上市的时间。

潘暕认为，如今芯片行业面临百年未有之大变局，换道超车使用先进封装技术大有可为。建议关注国内已在先进封装领域有长足发展，核心技术与国际领先企业并跑，同时对未来有长期战略布局的龙头封装企业。

责编：Luffy Liu

本文内容参考自中国政府网、财联社、快科技、中国证券报、澎湃新闻、天风证券、Yole、华金证券