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“后摩尔时代”芯片制造:新材料将带来颠覆性提升

 6月9日,2021世界半导体大会在南京举办。本次大会主题是“创新求变,同‘芯’共赢”。这是南京第三次举办世界半导体大会。
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  你相信吗,烤一片小小的吐司也需要用到半导体。智慧城市、远程医疗、探索宇宙、深潜海洋、抗击疫情、营养管理.....这些也都需要用到半导体。半导体已经渗入到你日常生活的方方面面,成了人们的“不可或缺”。

  6月9日,2021世界半导体大会在南京举办。本次大会主题是“创新求变,同‘芯’共赢”。这是南京第三次举办世界半导体大会。

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  南京江北新区供图半导体是未来经济的支柱,人工智能、数字化转型以及新一代的通信技术,都依赖于先进半导体的技术突破。从全球对半导体需求来看,在过去十年中,每年都会翻八倍。目前全球对于半导体的需求已经超过5000亿美元。中国更是全球最大的半导体消费市场,2020年中国市场占比最高达到34.4%。

  在大会现场,多位半导体领域的专家都提到了一个共同的行业话题,“后摩尔时代半导体如何发展”?

  摩尔定律是英特尔创始人戈登·摩尔在1965年提出,指集成电路上可容纳的元器件数量约每年增加一倍,性能也将提升一倍。简单来说,就是单位面积芯片上的晶体管数量每两年能实现翻番。过去的半个多世纪,半导体行业一直遵循着摩尔定律的轨迹高速发展。

  比如,50年前,计算机大概有2400个晶体管,现在英特尔计算机大概有10亿以上的晶体管。按照每两年翻一番的节奏,英特尔基本上在跟着摩尔定律在前进。

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  南京江北新区供图半导体是未来经济的支柱,人工智能、数字化转型以及新一代的通信技术,都依赖于先进半导体的技术突破。从全球对半导体需求来看,在过去十年中,每年都会翻八倍。目前全球对于半导体的需求已经超过5000亿美元。中国更是全球最大的半导体消费市场,2020年中国市场占比最高达到34.4%。

  在大会现场,多位半导体领域的专家都提到了一个共同的行业话题,“后摩尔时代半导体如何发展”?

  摩尔定律是英特尔创始人戈登·摩尔在1965年提出,指集成电路上可容纳的元器件数量约每年增加一倍,性能也将提升一倍。简单来说,就是单位面积芯片上的晶体管数量每两年能实现翻番。过去的半个多世纪,半导体行业一直遵循着摩尔定律的轨迹高速发展。

  比如,50年前,计算机大概有2400个晶体管,现在英特尔计算机大概有10亿以上的晶体管。按照每两年翻一番的节奏,英特尔基本上在跟着摩尔定律在前进。

  南京江北新区供图上世纪70年代,一个晶体管大概是1美元,现在1美元可以买几百万个晶体管,使得晶体管的价钱降到百万分之一。如果算上各种细小的器件,一部智能手机可能有几百亿个晶体管。“你的手机如果回到上个世纪70年代,价值能达到200亿美元,这样的技术延伸给我们的社会和经济带来的发展当初是不可想像的。”中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明说。AMD高级副总裁、大中华区总裁潘晓明说,在半导体设计的黄金时代,可以通过新的制程降低每个晶体管的成本,得到性能的提升,摩尔定律的这一传统特征在大约10年前就趋于稳定。

  如今半导体制程节点正在向3纳米甚至更小的节点演进,单纯靠提升工艺来提升芯片性能的方法已经无法充分满足时代需求,半导体行业也逐步进入了“后摩尔时代”。

  中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明提到,芯片制造工艺的核心挑战是新材料。本世纪以来,有60多种新材料陆续进入集成电路的芯片制造,支撑摩尔定律往前发展,如果没有新材料很难有跨越式的性能提升。

  比如硅、铜等材料能使得32纳米的芯片性能得到70%的提升,这一类的技术提升完全是靠新材料的支撑。“所以在集成电路芯片制造中,关键就是新材料、新工艺,新材料支撑成套工艺的研发。”吴汉明说。

  赛迪顾问股份有限公司副总裁李珂也说,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。

  未来,5G基建、新能源汽车充电桩、特高压以及轨道交通四大关键领域,将会给半导体带来巨大的市场空间。

  集成电路产业是人才、技术、资本密集型的产业。国家级南京江北新区在获批之初,就明确提出聚力打造“芯片之城”。目前,南京江北新区聚集了以芯片设计为核心的相关产业领域506家企业,2020年产值规模突破500亿。


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