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來(lái)源: 澎湃新聞 ·“中國集成電路產(chǎn)品的發(fā)展有自身特點(diǎn)，以中低端為主，高端產(chǎn)品不是太多，但也不是沒(méi)有�！痹谖荷佘娍磥�(lái)，我們已經(jīng)有了相當可觀(guān)的產(chǎn)業(yè)規模，也有了完整的產(chǎn)品體系，下一步的發(fā)展是從追趕到并行，并在部分領(lǐng)域逐漸實(shí)現領(lǐng)跑。 ·除了新器件、新材料、新工藝持續往前發(fā)展，魏少軍認為，未來(lái)集成電路發(fā)展有兩條新路徑：一是芯片架構的創(chuàng )新，另一條路是采用微納系統集成的方式使得產(chǎn)品能夠異軍突起。 
歐亞科學(xué)院院士、清華大學(xué)和北京大學(xué)雙聘教授魏少軍在上海集成電路大師講堂演講。 “中國集成電路設計業(yè)的發(fā)展是不容忽視的一大亮點(diǎn)”。8月30日，2022“海聚英才”上海集成電路大師講堂第二期“設計篇”在上海集成電路設計產(chǎn)業(yè)園開(kāi)講。歐亞科學(xué)院院士、清華大學(xué)和北京大學(xué)雙聘教授魏少軍在演講中回溯了集成電路設計業(yè)發(fā)展的歷史，并介紹了當下中國集成電路設計業(yè)發(fā)展的最新進(jìn)展與挑戰。在他看來(lái)，破解半導體微縮瓶頸的方法除了新器件、新材料、新工藝持續往前發(fā)展還有芯片架構創(chuàng )新以及采用微納系統集成兩種新路徑。 上海集成電路“大師講堂”系列活動(dòng)（第二期）由上海市人才辦、市經(jīng)濟信息化委、市發(fā)展改革委、市科委等部門(mén)聯(lián)合主辦，旨在匯聚英才、吸引資源共同打造世界級集成電路產(chǎn)業(yè)集群。 “半導體、微電子、集成電路”三者的區別 “我經(jīng)常會(huì )被人問(wèn)到，你們從事集成電路的人，一會(huì )說(shuō)半導體，一會(huì )說(shuō)微電子，一會(huì )說(shuō)集成電路，這三個(gè)詞到底是不是一回事？” 魏少軍以三個(gè)名詞的科普開(kāi)始了自己的演講。他解釋?zhuān)@三個(gè)詞并不是一回事。半導體講的是一種材料，集成電路是構筑在半導體材料上的一種器件，微電子則是在半導體材料上構建集成電路的方法和工藝。雖然各有不同，但大家平時(shí)很少?lài)栏駞^分，原因在于很難把三者絕對割裂。 上世紀50年代，科學(xué)家致力于發(fā)展的是半導體，有了半導體專(zhuān)業(yè)；到了80年代，如何在半導體上構建集成電路更受關(guān)注。由于對工藝、方法、技術(shù)了解不多，因此這一時(shí)期集中精力掌握微電子相關(guān)知識，于是成立了微電子所、微電子學(xué)院、微電子專(zhuān)業(yè)；2020年以后，“我們看到我們最終實(shí)際上要實(shí)現的是集成電路的產(chǎn)品。我們對半導體材料和微電子技術(shù)的了解，目標是要構建集成電路�！币虼�，2020年12月底，集成電路正式被設置為一級學(xué)科。一批高校也相繼成立集成電路學(xué)院。 “從半導體、微電子到集成電路三部曲，最終我們還是把它聚焦到集成電路產(chǎn)品上�！蔽荷佘姳硎�，集成電路設計永遠站在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的第一線(xiàn)。所謂集成電路設計，從技術(shù)角度看，是指從應用出發(fā)，抽取出相應的設計規格，設計工程師利用各種設計工具完成電路設計，再交由集成電路制造廠(chǎng)制造出集成電路產(chǎn)品。集成電路設計的另一道含義是指商業(yè)模式。在EDA、IP、設計服務(wù)、裝備材料等支撐下，依托集成電路制造、封測，最終實(shí)現集成電路產(chǎn)品服務(wù)于客戶(hù)。 集成電路設計崛起受益于代工模式 追溯集成電路設計業(yè)的快速發(fā)展，其得益于產(chǎn)業(yè)分工的細化，尤其是與其相輔相成的代工企業(yè)的崛起。 1984年，全球首家Fabless（無(wú)晶圓IC公司，主要是設計公司）企業(yè)賽靈思成立，開(kāi)創(chuàng )了芯片設計業(yè)的先河。但芯片設計的快速崛起始于1987年臺積電成立。 “設計公司的產(chǎn)品需要找工廠(chǎng)加工，但之前都是一些非專(zhuān)業(yè)的加工，碰到了很多麻煩，產(chǎn)品有了問(wèn)題后兩者會(huì )扯皮，到底是制造的問(wèn)題，還是設計的問(wèn)題。臺積電出臺的標準化讓所有設計公司有章可循，只要按照它的標準來(lái)做設計保證能成功，不成功就賠錢(qián)�！� 由于晶圓制造成本快速飆升，而Fabless資產(chǎn)輕、初始投資規模小、對市場(chǎng)需求反應快速、轉型相對靈活等特點(diǎn)使得其備受青睞。到1990年前后，高通、英偉達、聯(lián)發(fā)科等大量Fabless公司成立，Fabless迅速崛起。數據顯示，1994年-2010年，集成電路設計業(yè)處于井噴期，收入的年均復合增長(cháng)率達21.66%，同期IDM（集芯片設計、制造、封測等多個(gè)環(huán)節于一體）的年均復合增長(cháng)率為4.7%。2010年-2021年，集成電路設計業(yè)收入的年均復合增長(cháng)率降至10%，但仍高于同期IDM的4.5%。2010后，Fabless進(jìn)入穩定發(fā)展期，2021年占比升至31.6%。 魏少軍表示，這表明設計+代工的商業(yè)模式展示了非常強的生命力。對于代工廠(chǎng)而言，設計公司生產(chǎn)訂單的填充使得代工廠(chǎng)具備規模效應，攤薄單位成本，進(jìn)而能獲取更多設計公司的生產(chǎn)訂單。對于設計公司而言，代工廠(chǎng)的生產(chǎn)成本降低，也就降低了設計公司的進(jìn)入門(mén)檻，進(jìn)而催生了更多設計公司。 中國芯片設計業(yè)已具可觀(guān)規模 就中國而言，近年來(lái)芯片設計業(yè)的發(fā)展之快有目共睹。據介紹，2021年，中國芯片設計企業(yè)已超2800家，全行業(yè)銷(xiāo)售預計為4586.9億元，同比增長(cháng)20.1%。2021年中國已有400余家設計企業(yè)年銷(xiāo)售額超過(guò)1億元，兩三家企業(yè)超過(guò)100億元，相當一批企業(yè)超過(guò)了10億元。 從集成電路設計的區域銷(xiāo)售情況來(lái)看，長(cháng)江三角洲地區占據半壁江山，京津環(huán)渤海地區、珠江三角洲地區緊隨其后；去年所有銷(xiāo)售規模進(jìn)入前10的城市設計業(yè)銷(xiāo)售增速都超過(guò)了60%，其中增速最高的城市是濟南，增速達到了193.9%。 從2021年的發(fā)展來(lái)看，消費類(lèi)電子占到較大分量，通信占比略微下降。但通信在集成電路發(fā)展中一直占有非常重要的歷史地位，魏少軍認為隨著(zhù)關(guān)鍵技術(shù)突破以后，中國在通信、計算機電子方面的發(fā)展指日可待。 “中國集成電路產(chǎn)品的發(fā)展有自身特點(diǎn)，以中低端為主，高端產(chǎn)品不是太多，但也不是沒(méi)有�！痹谖荷佘娍磥�(lái)，我們已經(jīng)有了相當可觀(guān)的產(chǎn)業(yè)規模，也有了完整的產(chǎn)品體系，下一步的發(fā)展是從追趕到并行，并在部分領(lǐng)域逐漸實(shí)現領(lǐng)跑。 魏少軍表示，集成電路設計的最終目標是集成電路產(chǎn)品，與用戶(hù)的關(guān)系非常緊密，因此要緊緊與客戶(hù)聯(lián)系，理解他們的應用，了解他們的需求，以創(chuàng )新為動(dòng)力驅動(dòng)發(fā)展，“中國的應用如果要走到世界前列，芯片設計人員必須站在時(shí)代潮頭，勇當弄潮兒，才能引領(lǐng)產(chǎn)品發(fā)展�！� 集成電路設計業(yè)的挑戰與破題 經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，集成電路設計業(yè)當下有哪些新的發(fā)展趨勢，又面臨哪些挑戰？ 魏少軍介紹，在尺寸微縮技術(shù)下，單個(gè)芯片上可以集成的晶體管數量是天文數字，比如5納米工藝下，一個(gè)平方毫米上可以集成大約1.1支晶體管，系統復雜度極其高。 但一方面，集成電路集成度在不斷提升，應用領(lǐng)域在拓展；另一方面，今天的半導體微縮技術(shù)已經(jīng)逼近物理極限，未來(lái)必然會(huì )受到限制。此外，芯片設計還面臨速度、功耗、靈活性、軟硬件協(xié)調配合應用的困境。 除了新器件、新材料、新工藝持續往前發(fā)展，魏少軍認為，未來(lái)集成電路發(fā)展有兩條新路徑：一是芯片架構的創(chuàng )新，另一條路是采用微納系統集成的方式使得產(chǎn)品能夠異軍突起。 其中，應用定義軟件、軟件定義芯片，帶來(lái)了全新計算模式，是架構上的創(chuàng )新。所謂軟件定義芯片，是將軟件劃分成可以在基元（即多功能的計算單元）陣列上運行的子任務(wù)，按照任務(wù)依賴(lài)關(guān)系將子任務(wù)逐塊映射到基元陣列上運算。這類(lèi)基元陣列架構可以通過(guò)編程的方式改變芯片連接和芯片功能。 至于系統集成，魏少軍解釋說(shuō)，2.5D封裝是若干個(gè)芯片并排排列在中介層上，通過(guò)中介層上的硅穿孔、再分布層、微凸點(diǎn)等，實(shí)現芯片與芯片，芯片與封裝基板間更高密度的互聯(lián)；而3D封裝是將各芯片直接堆疊，可以把不同工藝設計的芯片集成在一起。 魏少軍表示，利用架構創(chuàng )新和系統集成創(chuàng )新兩種新路徑研發(fā)的超高性能近存計算芯片，即便使用成熟制造工藝，仍可實(shí)現優(yōu)于主流先進(jìn)工藝CPU/GPU 1-2個(gè)數量級的能量效率，目前已經(jīng)完成相應技術(shù)驗證。 |
