莫大康：半導(dǎo)體業(yè)定律或進(jìn)入終點(diǎn)倒計(jì)時(shí)
莫大康：半導(dǎo)體業(yè)定律或進(jìn)入終點(diǎn)倒計(jì)時(shí)
推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)進(jìn)步有兩個(gè)“輪子”，分別是尺寸縮小及硅片直徑增大，其中尺寸縮小為先。從邏輯工藝制程觀察，由1987年的3微米制程到2022年的3納米量產(chǎn)，平均每2年開發(fā)一代新的制程，這是邏輯工藝制程激蕩的35年。
在邏輯工藝的進(jìn)程中，英特爾曾作出過巨大的貢獻(xiàn)。但是到7納米時(shí)也是FinFET(鰭式電晶體)工藝的極限，再往下的節(jié)點(diǎn)必須要依賴于EUV光刻機(jī)設(shè)備。得益于與ASML(阿斯麥)在EUV光刻機(jī)的長期共同研發(fā)中設(shè)備與工藝的緊密合作，已有其他公司在邏輯工藝制程中超越英特爾，這反映工藝進(jìn)步離不開設(shè)備的支持。
定律或進(jìn)入終點(diǎn)倒計(jì)時(shí)
單從尺寸縮小角度尤其是邏輯工藝，預(yù)計(jì)在2022年進(jìn)入3納米試產(chǎn)，但是由于受物理極限影響，在1納米時(shí)已達(dá)10個(gè)左右硅原子直徑，所以講尺寸縮小已達(dá)“壽終正寢”是正常的。
公開資料顯示，月產(chǎn)50000片的3納米芯片生產(chǎn)線需要投資約200億美元。半導(dǎo)體業(yè)進(jìn)步離不開設(shè)備的支持，業(yè)界共識在2納米工藝時(shí)將采用環(huán)柵GAA架構(gòu)及高數(shù)值孔徑NA達(dá)0.55的EUV光刻機(jī)。據(jù)ASML的報(bào)道，新的EXE：5200 EUV光刻機(jī)將于2025年出貨。
實(shí)際上，近期半導(dǎo)體業(yè)除了傾注尺寸縮小投資之外，根據(jù)市場要求，如物聯(lián)網(wǎng)、HPC、存內(nèi)計(jì)算、人工智能等需要降低功耗，也是頭等大事。
半導(dǎo)體業(yè)進(jìn)步可持續(xù)多久？
Finfet發(fā)明者胡正明教授等認(rèn)為半導(dǎo)體業(yè)前景光明，還能持續(xù)上百年，它與尺寸縮小的摩爾定律已接近終點(diǎn)。
從半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展角度，僅從尺寸縮小觀察可能已接近終點(diǎn)。盡管業(yè)界認(rèn)為從技術(shù)上看或許還有可能性，但是從成本，經(jīng)濟(jì)角度可能難以持續(xù)，而且現(xiàn)在提升芯片功能的辦法很多，而且用得很好，如異質(zhì)集成及先進(jìn)的封裝2.5D、3D及Chiplet技術(shù)等，因此沒有必要堅(jiān)守尺寸縮小這一條道。
未來半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的前景確實(shí)光明，近期許多市場分析公司認(rèn)為在2030年時(shí)產(chǎn)業(yè)可達(dá)萬億美元。另外從半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展觀察，業(yè)界早就作好了準(zhǔn)備，認(rèn)為除了尺寸縮小之外，尚有另外兩條道可走，分別是“More than Moore”，如利用TSV及2.5D，3D封裝的異質(zhì)IC集成。以及“Beyond Moore”，探索新原理、新材料和器件與電路的新結(jié)構(gòu)等。
半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展準(zhǔn)則發(fā)生改變
半導(dǎo)體業(yè)經(jīng)過50年發(fā)展，基礎(chǔ)理論幾乎未改變，它已成為成熟產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的周期性已經(jīng)改變，或者它的推動(dòng)力改變。全球半導(dǎo)體業(yè)之前由供需關(guān)系推動(dòng)市場增長，現(xiàn)階段已轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性增長芯片制造業(yè)集中，現(xiàn)在由于地緣政治因素轉(zhuǎn)變到全球布局。
筆者認(rèn)為，未來半導(dǎo)體業(yè)的復(fù)合增長率由5%可能增長到8%-10%；產(chǎn)能擴(kuò)充由謹(jǐn)慎到放開，且進(jìn)入產(chǎn)能為王的大投資時(shí)代。但是未來尚有以下四個(gè)方面制約產(chǎn)業(yè)增長：人才方面，短缺是客觀存在，從企業(yè)層面需要吸引人才及用好人才與培養(yǎng)人才。供應(yīng)鏈韌性方面，產(chǎn)業(yè)鏈一定有起伏，企業(yè)要自始至終擁有危機(jī)感。ESG方面，要實(shí)現(xiàn)碳中和及碳達(dá)峰目標(biāo)，因此要關(guān)注人、水電消耗及污染排放等。創(chuàng)新方面，市場經(jīng)濟(jì)中生存要素，唯有不斷創(chuàng)新，才能競爭勝出。
摩爾定律開初時(shí)實(shí)際上僅是一種“猜想”，但是之后半導(dǎo)體業(yè)的實(shí)踐，用數(shù)據(jù)證實(shí)了它的存在以及價(jià)值。如今從尺寸縮小角度可能將接近終點(diǎn)，然而由于產(chǎn)業(yè)有強(qiáng)大的自我調(diào)節(jié)能力，以及會(huì)有眾多新的市場推動(dòng)力誕生，將推動(dòng)全球半導(dǎo)體業(yè)持續(xù)進(jìn)步及成長。(中新經(jīng)緯APP)
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