许居衍院士 中国电子科技集团第58研究所
我讲的题目是回顾发展历程，领悟发展哲理。主要这一些内容。
在整个行业中，既要近赏，也更需要远眺。正如不识庐山真面目，只缘人在此山中。临空浏览，方能统观大局；近赏细微，可以抽象哲理。我们通过逻辑推理，探究发展大趋势。整个发展道路上，有几个星光。在发展历程上，分为奠定基础，激情创新，昂首阔步和走向成熟。
前20年的走向，这里是进行式的走向，那么奠定基础，这里主要是晶体管的发明、硅的发明、CMOS的发明，还有IC等等都在这里面，物理基本结构制造工艺，集成方法等全部奠定基础，后面基本上没有东西了。激情创新的所有产品，这里有两个非常重要的地方，一个就是产业大大的技术扩散，一个就是搞了两个引擎：一个是计算机电路的整体缩小，，器件怎么缩小；第二个是摩尔定律用鞭子来促进整个行业的发展，这个时候，装备也起来了，设计工具也出来了。下一阶段就是昂首阔步，在83-84年之间，第一代CMOS-DRAM出来了，CMOS在我们的奠定基础里面已经有了，这只是产业化的问题。这个时候，我把它叫做路线，什么是路线呢？路线是已经知道的发展，然后用这样的发展推测未来的发展，它是一个逻辑延伸。最后一个走向成熟，这时候，大家都认识到半导体都差不多已经进入完了。
下面是发展哲理，整个发展哲理分为目标、使命、思路。这三个东西不是说政治学、经济学、社会科学上的目标，而是纯技术，纯产业技术上的角度。它的目标是小就是美，特别是后边这个，我不敢褒，但我举个例子，比如说发明平面结构的时候，有个叫霍克的人，在淋浴的时候，突然灵光一闪，既然可以淋浴，那杂质扩散能不能通过仰望延伸进行定域（音译）的扩散，那个时候是用到天才老师，以后基本上是沿着这个逻辑来走的，这个很符合辩证法。下面针对“小就是美”、“崇尚简约”“倚重左脑”等分述一下。“小就是美”从机制上、性能上、成本上、功能上和融合上等来看，机制上，大家知道等比例缩小，信号缩小2倍的时候，性能可以提高8倍。这个就不讲了，小尺寸与大规模的螺旋推进，低价格与高性能的辩证统一，我认为半导体到目前为止非常科学的地方。性能，大家都知道，我们当时做晶体管的时候5x5u，现在到2001年的时候，0.13μm的时候，线宽实际上是70nm，过去不到20个晶体管，现在2001年到4亿个晶体管，性能大家知道，增长并不是随时间增长。成本，这有两个曲线，一个是每MIPS的美元数，一个是每个晶体管的美元数，有6个数量级。功能，原来是很多的，尤其是现在MID，全部集中在一个多功能上。下面是融合，我这里要讲一讲融合。集成技术在应用的层次，尤其是我们嵌入式，将来应用是非常重要的，然后是数字融合，促进了嵌入式的应用，嵌入式应用按照Wiki来看，它是一种融合，这样的结果，将来会引起，现在是硬件软件的融合，将来会是整个行业的融合。这个融合，前景巨大。我举个例子，为什么比尔.盖茨拿那么多的钱出来，不做其他，不资助给建筑，不给贫民，而恰恰相反，他投资在医疗上，虽然含有他本身的意图，但是医疗将来具有很大发展前景。崇尚简约，从材料、结构、制程、设计、应用这五个方面，我们简单地说一下。材料，人类最丰富的材料，也是最简单的。为什么机能不高不低，温度也不高不低，性能有可以达到，我们也可以很容易加工；从结构上来说，CMOS结构两点一线决定了一个有源器件，非常简单的一个东西；从制程来说的话，它完全是可以印刷的，这里讲基于平台“印刷”，基于平台的思想，我们中国人最有发言权，实际上我们中国人炒菜的时候，就是基于平台的。需要油盐参数再加软件菜单，就可以炒出很多菜来；那么设计，设计就是基于平台设计，大家都知道，我这里就不讲了，我把它总结成一句话：把数以万计的、以“实”元件为基础的系统设计化简为按某些约束条件下的“虚”元件的“即插即用”；应用，我这里讲一个手机的例子，最早的手机是500多个元件，后来到一段时间，变成200多个元件，原来数字的和模拟的基带都是分成2片的，而后来变成1片，有射频进去了，射频进去是非常难的，后来把CMOS设计进去就非常方便了，电源怎么集成这里面也是非常困难的，通过慢慢集成，也可以把其他也集成进去。还有一个非常重要的地方，MTK为什么做的好？它用了一个非常重要的技术，它把存储器是贴上去的。所以集成深度、广度与成熟度的演进使得终端产品和应用本身都大大地简约化了。我们看看“倚重左脑”，核心结构就是让器件做小，器件做小就需要LDSat做小，LDSat做小，氧化层就变薄，就会漏电，这时候需要高浓度掺杂，牵引力就会下降，因此需要新材料；做小主要靠图形转移，图形转移以前用很多东西，最后使用的是光学，光学就一定要缩小λ，缩小λ会引起很多变化，现在浸没式的可以抑制下去；这个计算模式也很有意思，日本很早以前在搞智能计算，第五代计算机，实际上现在都废掉了，这是为什么呢？就是冯诺依曼这个模式，人类在这方面积累了太多丰富的知识了，不会轻易地去改变，所以大家一定会在冯诺依曼这种既很糟糕的，有很聪明的基础，比如指令是串行的，怎么搞并行等等，使用硬件加速等等，仅仅在这个基础上进行创新，所以我把它叫做逻辑延伸。核心结构是这样，原来认为32nm是个坎，但是08年的时候，IBM准备做到22nm，体硅传统常规平面进行延伸，我这里搞了个螺旋前进，这个螺旋前进是在MOS结构里进行螺旋前进，并没有突破MOS的结构，过去是（）栅，现在是合金属栅，是一个螺旋上升，所以我把它看成逻辑延伸，传承更新；核心工具呢，过去IC设计，光学等等非常多，现在都不行，还是认为浸没式的能够做到22nm；计算模式，我搞了一个曲线，70年代的时候，有个拐点，摩尔定律按照这条线年产量52%增长，但是性能不行，只有十几个百分点，这时候就发现计算率组织有问题，就搞了个简化指令集。在这个上面，也就是说，过去25%，后来就是CISC加上RISC这样的结构，又接着跑了，到02年的时候，又出现拐点，再也上不去了，频率上不去了。就发现是因为并行不行了，于是就希望硬件并行（多核），所有的这些都在冯诺依曼计算机里面，过去把超级计算机很多的东西现在想办法放到CPU里面。最早的时候，60年代时候，有人说能不能在固定指令集里加可变呢？但是没有实现，现在好了，未来的可重构，也是螺旋上升的，也是一个延伸。这是个辩证的过程。
总结一下发展大趋势，硅的CMOS是人类最科学的技术，但是小不下来，减不下去，会出现一些新型器件，但是短时间内有不能出现，也不能替代，就是还是要回到CMOS上来，这样嵌入式设计就上来了，最后就是凡在智能，因为这里有MEMS，光学器件等等许多元件不能SoC化，那么就是3D，在延伸中寻找突破。
最后我讲一点，我们这个论坛非常好，大家集思广益，但是我还是建议半导体行业协会嵌入式分行也应该搞点实的东西，因为人类的需求最终是提高生活质量，尤其是全人类已经进入老年化时代，医疗很重要，刚才见比尔.盖茨为什么要投资医疗呢，医疗是非常大的市场。第二；非常多的晶体管，据说去年人均有两亿多个晶体管，到2018年将达到10亿个，这样多的晶体管用到什么地方呢，只要用到个体上，PC和DRAM的下降后，嵌入式应用突现，是无所不在。而在嵌入式应用中软件比较落后，一个是模块化，我们集成电路就是模块化，软件也需要模块化；二是工厂化生产，集成电路可以做到，但是软件就非常困难。所以说未来软件如何工厂化、标准化是个大问题。还有传感和执行器的集成问题也是个很大的问题，当然3D是个很好的解决方法，所以这些我们希望搞一个嵌入式技术平台联盟。
我就讲到这里，不一定正确，谢谢。
