后摩爾時代來臨 大陸瞄準顛覆性芯片技術:彎道超車?

5月14日,國家科技體制改革和創新體系建設領導小組第十八次會議在北京召開。會議討論了面向后摩爾時代的集成電路潛在顛覆性技術,

“后摩爾時代”是指集成電路產業的哪一階段?其對產業一直以來奉行的“摩爾定律”的顛覆,所帶來的新技術又有哪些?

摩爾定律先發優勢或不再受用 后發者彎道超車機會已現

據了解,“摩爾定律”是IC行業所遵循的規律,指價格不變時,集成電路上可容納的晶體管數目每隔18-24個月便會增加一倍,器件性能亦提升一倍。然而相關數據顯示,近年來晶體管數目增加逐步放緩,半導體行業更新迭代速度減慢,

先進工藝驅動芯片持續微縮的同時也導致了所需成本指數級增長、開發周期拉長,從28nm推進到5nm時成本已翻了十倍有余,開發周期拉長到18-36個月。且越來越高的集成度需要龐大的團隊軟硬件無縫協同開發,有可能進一步拉低芯片良率,盈利風險愈發明顯,

從28nm推進到20nm節點,單個晶體管成本不降反升,性能提升也逐漸趨緩,這標志著后摩爾時代來臨。為此需要去尋找新的技術去支撐芯片繼續前進,意味著摩爾定律形成的多年先發優勢或不再受用,后發者若能提前識別并做出前瞻性布局,完全存在換道超車的可能性,

大陸工程院院士、浙江大學部杭州國際科創中心領域首席科學家吳漢明此前就曾指出,“后摩爾時代”來臨,大陸IC產業面臨重大機遇。

吳漢明認為,當前大陸IC產業面臨兩大壁壘。其一是政策壁壘,主要來自巴黎統籌委員會、瓦森納協議的困鎖,先進工藝、裝備材料和設計、EDA(電子設計自動化)軟體等產業鏈的三大環節被“卡脖子”,

其二則是產業新壁壘。產業上的難點主要體現在技術上,大陸半導體行業必須盡快做強核心專利,甚至要有一些“進攻性”的專利與其抗衡。

“顛覆性技術”有哪些?

天風證券分析師潘暕4月18日報告指出,超越摩爾定律在后摩爾時代迎來了高潮,而超越摩爾定律相關技術發展的基本點,一是發展不依賴于特征尺寸不斷微縮的特色工藝,以此擴展集成電路芯片功能,二是將不同功能的芯片和元器件組裝在一起封裝,實現異構集成。

在此基礎上,潘暕認為先進封裝技術大有可為。其中,系統級封裝(SiP)代表半導體業的發展方向之一,相比SoC,SiP系統集成度高,但研發周期反而短,且能減少芯片的重復封裝,降低布局與排線難度,縮短研發周期,

同時采用芯片堆疊的3DSiP 封裝,能降低PCB板的使用量,節省內部空間,

華金證券分析師胡慧3月3日報告同樣認為,先進封裝是后摩爾時代的必然選擇,將會重新定義封裝在半導體產業鏈中的地位,封裝環節對芯片性能的影響將會提高。

另據Yole的數據,2019年全球先進封裝市場規模為290億美元,預計到2025年達到420億美元,年均復合增速約6.6%,高于整體封裝市場4%的增速和傳統封裝市場1.9%的增速。

先進封裝技術外,潘暕認為,Chiplet(小芯片/芯片粒/裸芯片)模式同樣也有望帶來產業鏈環節顛覆式改變。

后者將大尺寸的多核心的設計分散到較小的小芯片,更能滿足現今高效能運算處理器的需求;而彈性的設計方式不僅提升靈活性,也能有更好的良率及節省成本優勢,并減少芯片設計時程,加速芯片上市的時間,

潘暕認為,如今芯片行業面臨百年未有之大變局,換道超車使用先進封裝技術大有可為,建議關注大陸已在先進封裝領域有長足發展,核心技術與國際領先企業并跑,同時對未來有長期戰略布局的龍頭封裝企業,

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