歷經數十年的發展之后，集成電路產業發生了很多變化。例如芯片公司從最早的IDM為主發展到現在的Fabless成為主流。再如憑借CPU豪占半導體企業營收頭把交易的Intel被依仗存儲壯大的三星趕下馬。又如之前被集成電路產業人員奉為金科玉律的摩爾定律，因為材料和技術的限制，逐漸失去了往日的風采。另外還有技術的更迭、材料的革新和架構的演變，集成電路產業開始呈現出了全新的形態。

在這個新技術和創意頻發的時代，集成電路產業將迎來新的時代。在近日于南京舉辦的“2018中國集成電路技術應用研討會暨南京國際集成電路技術達摩論壇”上，來自產業研的專家就集成電路產業的未來發展，給出了他們的觀點。

許居衍：AI芯片的未來靠架構創新

根據摩爾定律的定義，芯片的集成度每18個月會提升一倍，性能也會提升一倍，與此同時，單晶體管的成本就會下降。換句話說就是每一美元買到的芯片性能提升一倍。這個在過去幾十年基本都是通過晶體管微縮實現的。但在多方因素的影響下，制程推進已經脫離了摩爾定律的規律。業界圍繞著摩爾定律的生死，也有了很多的討論。

中國工程院院士許居衍院士認為，摩爾定律已經死了，這就使得類似AI這樣對芯片性能要求比較高的應用給集成電路帶來巨大的壓力。他指出，雖然英偉達、谷歌和寒武紀等一眾廠商都投入了AI芯片市場，無論是FPGA或者ASIC，都憑借各自的優勢，在AI市場并獲得了不錯的表現，其中尤以英偉達憑借GPU在AI訓練市場表現出色最為亮眼。但他認為，片上系統的存在讓計算變得無處不在，算力的持續提升讓它到達了一個拐點（Volta GPU的性能與2014年的超級機差不多）。在這個環境下，芯片需要從架構上創新，才能滿足性能需求。許居衍院士強調。

在他看來，芯片的編程技術在過去的發展中經歷了幾波浪潮，第一波就是封裝編程，那時候的“芯片”是算法固定、資源固定；到后來英特爾制造出MPU之后，則迎來了軟件編程，這時候任何一個算法進來，芯片都能應付得來，這時候的特點是算法可變，資源固定； 之后就迎來了算法可變、資源可變的硬件編程。但他認為，受限于硅技術瓶頸和馮諾依曼架構的指令流導致算力上不去的問題，未來的芯片架構需要創新。系統視野、多片與堆疊架構、異構架構就是許院士看好的方向，用戶可重構SoC則是他推崇的一個選擇。

許居衍院士表示，可重構的SoC性能能夠超過FPGA，且非常靈活、安全、低成本，這就使他能夠從資源配置上滿足更多的需求，是我們應該關注的發展方向。而國內的也有了清華Thinker和南大RASP可重構芯片，這是值得稱贊的。但許院士也強調，可重構計算面臨多樣化的挑戰，需要我們正確對待。

張衛：半浮柵器件是存儲器的新選擇

最近兩年，因為瘋狂漲價，大家對Flash和DRAM為代表的存儲器市場有了更多的關注。據復旦大學微電子學院執行院長張衛介紹，2017年，全球存儲器的銷量為1240億美元，同比增長了61.5%。這主要是由DRAM和NAND Flash貢獻的。

從數據上看，存儲器的使用量正在攀升。從應用上看，存儲也是所有產品必須的。但是存儲卻面臨這各樣的瓶頸。以DRAM為例，這個最大的單一集成電路產品（去年創造了700多億美元的營收）因為受到了電容瓶頸等限制，存儲電容越來越小，導致數據保留時間縮短，功耗增加。另外，由于陣列晶體管驅動電流太小，漏電流也增大了。各種各樣的原因綜合，使得原本和邏輯器件一樣遵循摩爾定律微縮的DRAM一直停留在17nm。

看到這種趨勢，業界很多人已經PCM、MRAM和RRAM這些新型存儲器探索。但因為各自的問題和限制，都沒取得太大的突破。

譬如頗受大家歡迎的RRAM，因為導電filament行程的隨機性的存在，直接就制約了RRAM的產業化。為了推動整個產業發展，張衛團隊推出了一種稱為半浮柵器件的產品。

我們平時所用的是“非揮發性存儲器”，意思就是芯片在沒有供電的情況下，信息仍能被保存而不會丟失。這種器件在寫入和擦除時都需要有電流通過一層接近5納米厚的氧化硅介質，因此需要較高的操作電壓（接近20伏）和較長的時間（微秒級）。張衛團隊則巧妙地通過一個隧穿二極管把浮極和柵極連起來，用隧穿二極管來控制對浮柵的充放電，從而構成了一個存儲器，這就是他們所說的半浮柵器件。這種器件具有速度快、面積小、低功耗，且與標準CMOS工藝兼容，不需要集成新材料等優勢，在海內外獲得了高度認可。

張衛表示，目前他們已經基于上海華為微電子公司的40nm工藝平臺，完成了8M基于半浮柵器件的高速低功耗緩存芯片的設計與制造，測試結果也達到了設計要求。在他看來，這個產品將會是我國存儲發展的一個新機遇。

宋繼強：摩爾定律將繼續有效

無論其他人怎么看摩爾定律，英特爾方面始終對其充滿著信心。在日前的大會上，英特爾中國研究院院長宋繼強繼續強調：“于摩爾定律本身，我們可以把他看成是經濟上的一個觀察。它的經濟效益還是繼續存在，雖然這個速度不會像以前那么快。但我們認為，這個經濟效益將持續存在”。堅信CMOS還能縮放，是他對摩爾定律還有信心的一個重要原因。

宋繼強表示，現在的CMOS微縮還遠遠沒有到物理極限這個程度，依然可以繼續往下走。但和以前不一樣，現在的微縮碰到了如何實現大批量、高精度芯片生產的問題。而新的3D工藝技術，新的材料將會成為繼續微縮的動力。如三五族晶體管、納米線晶體管和鐵電體就是當中的選擇。

不過他也指出，雖然這些新的材料有很好的特性，但目前來說還沒有一個能夠作為CMOS的替代品。但為了獲得性能提升，英特爾通過異構的方式把CMOS等器件整合在一起，同時再加上一些新算法功能的處理、數據處理模塊、清晰的處理架構去獲得性能上的提升。獲得經濟效益的提升，延續摩爾定律。

MIX & MATCH （混搭）則是英特爾延續摩爾定律壽命的另一個招數。

按照宋繼強的說法，所謂混搭是把不同制程下的芯片放到一起，將它封裝集成起來。這種技術可以根據需要封裝不同的CPU核心、IO、GPU核心甚至FPGA、AI芯片，幫助英特爾靈活應對不同業務的需求，進一步提升經濟效益。為了達成這樣的設計，需要有很好的連接技術和功耗管理技術，而英特爾在上面已經有了很深的積累。

進一步增大硅片的面積，則是又一個新方向。

宋繼強告訴半導體行業觀察記者，把硅片從300毫米增加到450毫米雖然增加了單一硅晶圓的成本，但因為我們獲得了更多芯片數量，綜合計算下來，單個芯片的價格還是繼續在下降，這也是符合摩爾定律的規定的。

來到新工藝方面，宋繼強表示，由于在10納米上采用了幾種新的方法，目前已可以看到比較好的良率。在他看來，英特爾明年在10nm上將有更有高的良率，屆時將有大批量的10納米的產品面世。至于7納米的話，基于10納米的技術積累和經驗，他非常看好英特爾未來的工藝走勢。