成电讲坛

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【成电讲坛】 张万里教授讲述“后摩尔时代——机遇与挑战”
文:陈潼 罗彤 来源:大学生文化素质教育中心 时间:2021-10-08 161

  9月28日下午,成电故事“银杏黄”系列讲座邀请到国家人才计划入选者、电子科大示范性微电子学院院长张万里教授为同学们带来题为“后摩尔时代——机遇与挑战”的讲座。

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  张万里教授首先给同学们总体阐述了集成电路的定义、发展历史以及里程碑式的代表人物与故事。简单来说,集成电路就是器件、晶体管以及布线封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。信息元与信息元的超大规模集成是集成电路知识体系的两个重要特征,而信息元就是晶体管,规模是根据发展来不断推进的。经过70余年的发展,集成电路是信息社会的基石,是支撑经济社会的发展和保障国家信息安全的战略性、基础性、先导性产业,是产业链的倍增器,它深刻影响国民经济、社会进步和国家安全。在集成电路发展的过程中,铜互连技术、光刻技术、光刻结合多重曝光技术以及high-k基MOS管的发明等突破在技术进步中发挥了重要推动作用。

  “新材料、新结构和新工艺是推动集成电路产业发展的源泉。”张万里教授说,器件结构在发生变化,新工艺也要跟着节奏发生变化。从产业链视角分析,集成电路产业链包括设计、制造和封测等三大部分。其中,最难的步骤是工艺制造部分,而在现代社会中老师、学生都会出现重设计轻工艺的状况。工具、设计、工艺、封测、材料和设备这五个部分阐述了集成电路产业的具体流程,而我国在EDA工具、集成电路制造、设备和材料等环节被严重“卡脖子”,出现一种“无根、瘦干、少叶的状况”。

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  紧接着,张万里教授给同学们介绍了摩尔定律,从而引出本场讲座的主题“后摩尔时代”。摩尔定律在经济、技术和社会影响力等方面具有重要的意义,特别是在微处理器芯片、半导体存储器等多个领域都证明了其准确性。摩尔定律问世50多年,半导体芯片制造业以一种令人炫目的速度提高。“这种高速发展能否会无止境发展下去?”他提出自己的观点,从经济角度考虑,资产投资很难承担这样的风险;从技术层面考虑,先进制程——光刻、量子效应等加大了延续摩尔定律的难度。盲目发展更小的尺寸这条路是不会持续下去的,人们开始尝试使用新方法解决集成电路问题,这就是后摩尔时代的背景。后摩尔时代是延续摩尔时代和超越摩尔时代这两条未来发展方向的结合,将围绕尺寸缩小、性能提升、功耗降低以及多功能集成方向发展。

  随后,张万里教授就后摩尔时代给我们提出了集成电路发展的机遇与挑战,克服量子效应、短沟道效应、功耗极限等是目前研究道路上的重点方向。一方面,研究要优化材料及器械结构,试图缩小晶体管尺寸或者降低耗能;另一方面,也要试图将多个系统功能集合到一块大芯片上以提升性能,或将更多尺寸更小的芯片整合到一块封装以提升良率降低成本。他以FinFET、FD-SOI技术、新型信息元、系统级芯片等先进技术给我们举例,提出最佳选择——集成电路自主可控。制程的选择、产业链的建议(电子设计自动化工具和知识产权核)、集成电路关键材料、关键设备是重要突破口。张万里教授指出,现代发展要想超越摩尔定律,第一,不能再靠单纯的暴力晶体管scaling;第二,集成度的提高不一定要把更多模板放到同一块芯片上,而是可以靠封装技术来实现集成;第三,芯片的主要卖点不仅仅是更高的性能,更可以是一些有用的新功能。“从器件、构架、封装、异质异构集成四个方面来认识超越摩尔定律的机遇与挑战。”

  最后,张万里教授自豪地向同学们讲述了成电在微电子行业做出的杰出贡献。国内集成电路领域的企业、研究所等单位中层以上的人员,约有三分之一毕业于电子科技大学。电子科大拥有首批国家示范性微电子学院以及第二批入选国家集成电路产教融合创新平台,成为全国平台的一部分,发挥着不可替代的作用。学校重在培养学生的动手操作能力,缩短栽培周期,更符合社会、企业、产业的要求。

  国之重器,必须认清形势,才能加快发展。集成电路产业的发展不一定能脱离国际产业链,但一定要在国际产业链中拥有话语权。张万里教授鼓励同学们:“要形成以产业技术为导向的科技文化。要么将技术创造写成专著,要么在技术货架里找到你的产品。”

  相信张万里教授的分享带领同学们走进了微电子的新世界。“中国芯”必将落在青年一代身上,青年一代也必将大有可为。


编辑:赵海玲  / 审核:林坤  / 发布:林坤