莫大康:摩尔定律与半导体业的未来

莫大康 2017-09-01
标签 半导体

挑战即是机遇,在这产业革新的大潮中如何能够在摩尔定律进步与市场需求中取得平衡,持续为用户创造更多的价值,为企业创造更多的收益,需要中国半导体行业认真思考的重要课题。

业界把摩尔定律奉为“圣典”,或者“指路明灯”,那是因为定律暗示着企业要义无反顾地去跟踪它,否则将出局。每两年一个工艺台阶的进步,由250纳米、180纳米、130纳米、一直到45纳米、32纳米及22纳米与14纳米,如今台积电、三星等都声称己开始10纳米的量产,明年跨入7纳米。

但是现阶段半导体业的现实己经发生了改变,表现在两个方面:

一个是定律从尺寸缩小技术上越来越接近物理的极限,许多人说大约还有十年的时间,至2025年左右,或者到5纳米,甚至3纳米,而从经济角度,由于投资巨大,导致只有少数fabless仍充满期望。

另一个不可否认的事实,追赶或者跟踪定律仅是少数巨头的目标,而绝大部分的企业己经对之失去兴趣,定律与它们的企业生存几乎不存在任何的联系。

有一个概念要十分清楚,定律仅仅在尺寸缩小方面达到终点,而定律的含义仍在不断的延伸,包括另外两个方面,如异构集成及2.5D、3D 封装等(more than Moore),及后摩尔定律(beyond Moore)与硅光子通讯等。另一个是尺寸缩小到头并不意味着半导体业停止发展,如finFET发明人胡正明教授所言,至此还找不到能替代硅的材料,半导体业发展还有100年”。

因此现阶段尺寸缩小能否持续下去并不是一个关键问题,甚至与大部分的企业已经关系并不大。只有持续跟踪定律的少数几个巨头,如台积电、三星、英特尔等它们在争夺”谁是领先”,以及采用EUV光刻后可能产生的影响。

所以尺寸缩小的终止无关大局,应该关心的是未来半导体业如何健康地继续走下去。

01 定律终止产业持续

说到定律终止实际上不够全面,仅是之前产业的主要推动力,尺寸缩小遇到了物理极限,而定律本身正不断的拓展,向更宽的范围延伸。

半导体之所以伟大,有两个方面非常突出,一个是它的大生产、批量产出,能满足各种电子产品的需求;另一个是产品的成本能迅速下降。

例如一个原始硅片,12英寸,价格约120美元,经过设计,制造,及封装,约500-800工艺步骤,加工周期40-60天,一个硅片的价值能提高到约3000美元。而一个芯片制造厂的月产能通常是40,000片至100,000片,甚至200,000片,因此说它如同”印钞机”一样,并不过分。显然如果芯片生产线一旦出现故障,包括如停电、设备维修、工艺问题等,每天、甚至每个小时的损失也十分可观,所以说它如同”呑金兽”一样也恰如其分。

全球半导体业的发展与成长仅50多年历史,然而它的呈指数式进步让人们印象深刻。电子产品的终端应用从PC、互联网、到如今的手机等。目前智能手机是人类有史以来,数量规模最大的单个电子产品。未来5年预计智能手机出货量会达到85亿台,如果有好的运算算法或者人工智能的技术在手机上落地会快速的实现商业回报。所以智能手机仍是我们非常看好的终端平台。

今天来看,机器人、人工智能(AI)等的普及将逐渐替代人类的许多工作,加上GooGle的“阿尔法狗”能下围棋胜过柯洁与李世石,让人感叹它还能为人类作些什么?

即便从技术角度,未来2.D、3D、TSV及SiP等先进封装技术的加入,让之前不可想象的异构集成,把CPU与存储器、逻辑IC、RF、甚至MEMS、Sensors等集成一体,既可节省设计成本,又满足高带宽、小型化等要求,可以预言未来智能手机将集成语音、AI等功能。

据市场研究公司 IDC 预测,2020 年全球物联网连接数量将接近 300 亿。物联网市场规模预期在 2020 年前将以每年 16.9% 的速度增长,全球物联网市场到 2020 年将增长至 1.7 万亿美元。显然,物联网将是一个非常巨大的市场,同时也成为了众多厂商的必争之地。

02 结语

未来在VR、AR、无人驾驶汽车、人工智能、物联网、光子集成等新兴产业的驱动下,半导体行业的发展是不可估量,但面临的挑战也是巨大的。不过,挑战即是机遇,在这产业革新的大潮中如何能够在摩尔定律进步与市场需求中取得平衡,持续为用户创造更多的价值,为企业创造更多的收益,需要中国半导体行业认真思考的重要课题。

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