11 月 18 日,“2020 北京微电子国际研讨会暨 IC WORLD 学术会议”高峰论坛上,中国工程院院士吴汉明发表了题为《中国芯呼唤产业导向的技术支持》的演讲。

 

他提出,商业成功是检验技术创新的唯一标准,成套工艺是芯片技术水平的集中标志。后摩尔时代,产业技术发展趋缓,给了行业追赶者机会。要抓住机会,必须树立产业技术导向的科技文化,而非简单的成果应用。

 

图源:麦肯锡《中国与世界》

 

据麦肯锡《中国与世界》报告,在光伏面板、高铁、数字支付系统、电动汽车等行业,中国企业本土市场份额超过 90%。而在半导体行业,中国企业在国内和国际市场占据的份额都很小,而且高度依赖国外技术。

 

吴汉明指出,当前我国集成电路产业技术创新面临两大壁垒:一是战略性壁垒,二是产业性壁垒。从巴黎统筹委员会到瓦森纳协议,都在警示我国必须拥有相对可控的产业链,特别是对工艺、装备材料、设计 IP 核与 EDA 三大卡脖子制造环节进行重点突破,这就是中国“芯”面临的战略性壁垒。

 

而集成电路产业链长、涉及领域宽的特点给中国集成电路突破政治壁垒带来极大挑战。产业壁垒方面,我国集成电路基础研究薄弱、产业技术储备匮乏,而世界龙头企业早期布置的知识产权给后来者的突围造成障碍。

 

他总结说: “‘中国芯’产业注定艰难,尤其芯片制造工艺,挑战极为严峻。”从芯片制造角度来看,硅单晶、制造工艺和封装三大环节中,80%的装备投入都在制造工艺环节,正是因为投资强度太大,投资回报慢,所以制造工艺是我国集成电路产业发展中最大的瓶颈。而芯片制造主要面临三大挑战:图形转移、新材料与工艺、良率提升。

 

回顾过去 60 年摩尔定律所走过的道路,2013 年以来,芯片性能、功耗等指标提升速度显著放缓,甚至达到饱和状态,其核心原因就是单个晶体管价格已经几乎无法下降,导致技术达到瓶颈。

 

据统计,2002 年以前,晶体管性能平均每年提升约 52%;2002 年 -2010 年,平均每年提升约 23%;2010 年 -2014 年,每年提升仅约 12%;而 2014 年 -2018 年,这一提升已经放缓至 3.5%。吴汉明认为:“大概是从 2012、2013 年起,也就是 28nm 以后,就可以定义为后摩尔时代。而这一点给我们这些追赶者带来一些机会。”

 

以工艺节点为视角切入,从 130nm 到如今的 14nm,我国芯片制造技术节点与世界先进水平差距呈现扩大趋势。

 


注:全球代工市场不同工艺节点收入拆分

 

然而,2019 年各工艺节点市场份额数据显示,7nm 和 10nm 只占 17%市场份额,83%市场属于 10nm 以上工艺节点。意味着相对成熟的工艺节点还有巨大的创新空间和市场潜力。

 

回顾近 60 年来我国集成电路产业发展历程,事实上我国第一块硅单晶诞生于 1958 年,比美国晚 6 年,比日本早 2 年;第一块硅集成电路诞生于 1965 年,比美国和日本分别晚 7 年和 5 年。但其后随着集成电路走向大规模产业化,我国与世界差距逐渐拉大。1996 年我国实现年产 6 亿块硅集成电路,而美国在 1972 年、日本在 1976 年已经实现了这一生产规模,差距达到 20 年以上。

 

由此可见,我国科学技术发展中最薄弱的环节是产业技术。因此,吴汉明呼吁:“研究是手段,产业是目的。我们的研发一定要树立产业技术导向的科技文化,而不是简单的成果应用。”

 

他认为,商业成功是检验技术创新的唯一标准,成套工艺是芯片技术水平的集中标志。正如中国工程院院士李国杰所说:“实验室技术是单点突破,一俊遮百丑,而产业技术不能有明显短板……产业技术不是科研机构转化后的应用开发,而是引导科研的原始动力。”