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魏少军表示,尚不会出现能够替代集成电路的其它技术,但摩尔定律将长期有效

2020-04-02 21:27来源:互联网编辑:小狐

魏少军表示,尚不会出现能够替代集成电路的其它技术,但摩尔定律将长期有效(图1)

集成电路技术发展数十年至今,带来了巨大的变革,也成为国家间竞争的重要砝码。过去两年间,从“中兴禁芯”到华为被美国纳入实体清单,芯片的重要性被国人广泛认知。

他指出芯片是技术创新的高地,虽然芯片产业现有技术路径面临着物理、功耗等极限问题,但摩尔定律将长期有效,在可预见的未来,尚没有能够替代集成电路技术的其他技术出现。

新技术因芯片而生,老技术因芯片而亡

作为最为知名的产业发展定律,摩尔定律指引了芯片产业50余年的发展.截至2019年年底,按照这一定律,一个芯片上已经可以集成687亿个晶体管,这是一个天文数字。

“由于摩尔定律,我们将会重建所有的物质性基础设施。”魏少军表示,由于人们认为摩尔定律在物理上可以实现,并对此深信不疑,于是就努力地按照摩尔定律发展,使得芯片技术长期以不可思议的速度发展,才取得了今天的成就。

芯片也颠覆了不少产业的发展。魏少军以胶片巨头企业柯达的兴衰为例,这一创立于19世纪晚期的企业,因不敌数码相机技术的发展,在2012年申请破产保护。

“新技术因芯片而生,老技术因芯片而亡。”魏少军表示,任何芯片能够参与竞争的技术,最终这些技术都不可避免成为失败者,而如精准农业、超高清电视、人工智能等前沿技术的发展,都离不开芯片。“不论是青年学生还是投资人和创业者,如果发现你做的这件事情最终可以被芯片所替代,那你就赶快去做芯片。”魏少军幽默地说道。

魏少军认为,芯片在新一代信息技术中扮演着决定性的赋能作用,是支撑数字经济发展的基础,在可以预见的未来,尚不会出现能够替代集成电路的其它技术。即使出现了,也需要数十年的时间和花费十数万亿美元才能替代今天的集成电路。

现行芯片技术路径存在四大极限

摩尔定律失效的说法在近年来甚嚣尘上。但魏少军表示,摩尔定律将长期有效:就当今的技术路径而言,在尺寸上我们已经达到7纳米,5纳米将很快到来;而利用二维材料,人们已经制备出了1纳米的晶体管,至少在未来很长一段时间内,我们目前技术方向仍然看不到尽头。

但魏少军也表示,现行技术路径主要有四大极限,分别是物理极限、功耗极限、工艺极限、经济极限。

物理极限即是最小尺寸,就现行技术而言,如果材料上没有突破,最小尺寸可能就在1纳米左右,因为1纳米之后,将无法控制电子使其有效传输,可能会出现漏电现象。

功耗极限是指耗电量将达到极限。在一个小小的芯片上,几十亿、上百亿的晶体管集中在一起,尽管每个晶体管耗电极小,但累计起来仍是非常大的耗电量。如果不加控制,芯片的耗电量将一直上升。以家用电熨斗为例,其功率密度为每平方厘米5瓦,而现在的芯片的功率密度在每平方厘米十几瓦乃至几十瓦的水平。

工艺极限意味着现有工艺和材料难以满足芯片技术的发展需求。由于目前的工艺已十分复杂,工厂每次能够同时开工制造的产品数量是有限的。此外,芯片技术已使用了元素周期表中的相当一大部分的元素,材料的发展也制约着芯片技术的进步。芯片技术的发展,已经不再是芯片技术本身,而是多学科交叉融合发展。

经济极限是指未来经济可行性。建设一个集成电路制造厂的成本,从65纳米时的25-30亿美元,到22纳米时的80-100亿美元,再到14、16纳米时的120亿-150亿美元,尽管已经较早期预测的成本低了很多,但仍然是个庞大的数字。而芯片成本的上涨将附加到最终产品中,必须要考虑到消费端的接受能力。

呼吁加大国内芯片研发投入

芯片技术之复杂,进入门槛颇高,加之芯片技术非常重要,使其已成为全世界竞争的产业制高点。又因芯片技术本身的发展有很强的业务属性,因此也成为了全球化最为彻底的一个产业。

全球半导体的发展在2019年出现了一次衰退,市场规模下滑12.1%,是2001年后的最大一次衰退。中国是最大的新兴市场,2019年消费占总比35.1%。2019年,中国的半导体产业增长了16.2%,第一次在设计、制造、封测环节的额都超过了2000亿美元。魏少军评价称,中国的发展在全球范围内仍然是可圈可点的。

但从自给自足的能力而言,我们使用的芯片仍有70%需要进口。包括CPU、个人电脑CPU/GPU等市场占有率均为0(四舍五入)而美国有50%的芯片销往中国,中国市场是美国最大的半导体市场。

美国芯片产业为何有这么强的能力?魏少军介绍,美国在芯片产业的研发投入是美国之外其他国家的两倍,美国芯片企业的毛利率可以达到62%,而中国大陆地区的芯片企业的毛利率与此相差甚远。

产品的利润规模不大,就难以提升研发投入的强度和规模,这将形成恶性循环。“只有大幅加大研发投入,使我们的技术和产品进一步提升,我们才有可能打破现在的怪圈,才能发展。”魏少军表示。

目前,我国正通过国家集成电路产业投资基金加大对芯片产业的资本投入,魏少军呼吁加大芯片产业研发投入,“从2014年开始,我们半导体的支出开始慢慢增加,但是资本投入并不代表研发投入,我们现在研发投入还是不够的”

本文相关词条概念解析:

芯片

指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。芯片(chip)或称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成电路(英语:integratedcircuit,IC),在电子学中是一种把电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成电路。另有一种厚膜(thick-film)混成集成电路(hybridintegratedcircuit)是由独立半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。

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