IC發(fā)明60周年，下一波半導(dǎo)體征程在于異構(gòu)整合

　　今年是集成電路(IC)發(fā)明60周年，過去60年來，裝載著IC的電腦、筆電、手機(jī)與網(wǎng)路，讓資訊運(yùn)算能力大幅提升，也大大改變了人類的生活模式。人類生活模式的改變，特別是溝通與接收訊息方式，又進(jìn)一步迫使IC運(yùn)算能力必須相對提升。

　　集成電路的發(fā)展速度飛快，20多年前，一顆IC的尺寸是1微米，幾乎是現(xiàn)今的100倍，儲(chǔ)存容量相差達(dá)萬倍以上。過去，一臺(tái)電腦幾乎要一個(gè)房間才能容納得下，如今，一支小小手機(jī)上的芯片功能就已超越過去電腦的運(yùn)算能力。

　　雖然每隔1～1.5年，半導(dǎo)體芯片功能可強(qiáng)大兩倍的摩爾定律，在未來十年內(nèi)仍然有效，不過，也有很多人擔(dān)心盡頭即將到來。當(dāng)傳統(tǒng)硅芯片透過曝光、顯影等制程技術(shù)而來到極限時(shí)，下一步，人類該如何讓半導(dǎo)體芯片功能繼續(xù)強(qiáng)大呢?

　　透過異構(gòu)整合技術(shù)的非傳統(tǒng)芯片，成了市場開始思考的解決出路。異構(gòu)整合，指的是將不同芯片透過封裝或其他技術(shù)放在一起，使芯片功能更強(qiáng)大。不只符合半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對縮小體積的追求，將不同功能的IC透過封裝與半導(dǎo)體制程，整合到另外一片硅晶圓或其他半導(dǎo)體材料上，可提高設(shè)計(jì)開發(fā)的效率，還能突破硅物理限制，將硅材料應(yīng)用到不同領(lǐng)域。

　　例如，過去存儲(chǔ)器與中央處理器的芯片是分開的，如今，兩者整合已成為趨勢。不僅如此，包括把傳感器與非硅材如LED或通訊芯片等結(jié)合在一起，也是現(xiàn)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的熱門方向。

　　一般說來，異質(zhì)整合具備兩大優(yōu)勢：第一，在進(jìn)行IC設(shè)計(jì)時(shí)，不需要把所有功能設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片上，可以提高設(shè)計(jì)開發(fā)的效率;第二，突破硅的物理限制，更能將硅應(yīng)用到各種不同領(lǐng)域。

　　很明顯的，異構(gòu)整合將是下一波半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，中國也強(qiáng)勢進(jìn)入這一領(lǐng)域。

　　特別是中國對半導(dǎo)體設(shè)備的渴求程度，從下圖中也可窺到一斑。在過去的十幾年中(圖中從2004年開始計(jì)算)，全球的IC及元器件制造、封測等工廠在所使用的設(shè)備方面的投入逐年穩(wěn)步上升，在最近的2017年，全球相關(guān)廠商共投入了560億美元，用于購買各種設(shè)備，這比2016年的400億美元提升了38%，這個(gè)上升幅度是很大的。

　　過去中興事件“一石激起千層浪”，引起全國人民關(guān)心我國集成電路產(chǎn)業(yè)，關(guān)心起“芯片”來，上至領(lǐng)導(dǎo)，下至普通老百姓。大家都在問：為什么我國集成電路產(chǎn)業(yè)老是落后?其他行業(yè)都上去了，為什么集成電路還要國家用大量外匯進(jìn)口?

　　首先我們先一覽中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展艱難歷程：

　　1、中國集成電路早期研發(fā)狀況(中國科學(xué)院半導(dǎo)體所、13所等)

　　2、工業(yè)生產(chǎn)初步形成(878廠和上無19廠)

　　3、探索突破量產(chǎn)途徑(愛卡、興華和華科)

　　4、走上技術(shù)引進(jìn)道路(742廠─華晶、華越)

　　5、轉(zhuǎn)入中外合資階段(貝嶺、飛利浦─先進(jìn)、首鋼日電)

　　6、908工程和909工程(華晶和華虹)

　　7、從IDM轉(zhuǎn)向代工(Foundry)(先進(jìn)、華晶上華)

　　8、具有特色的典型企業(yè)(燕東、士蘭、方正微電子)

　　9、國際化建設(shè)代工大廠(中芯國際和宏力)

　　10、臺(tái)灣公司來大陸建廠(和艦、中緯、臺(tái)積電松江、聯(lián)芯、晶合、晉華、臺(tái)積電南京)

　　11、外資獨(dú)資來華建廠(海力士、英特爾和三星)

　　12、國家大基金注入國家團(tuán)隊(duì)大企業(yè)(中芯國際、華虹─宏力─華力、長江存儲(chǔ))

　　任誰都能看出，中國的集成電路產(chǎn)業(yè)終將成為一樁大生意。外資巨頭開始入華建廠，大批國外從業(yè)人員也開始?xì)w國創(chuàng)業(yè)。得益于臺(tái)積電開創(chuàng)的設(shè)計(jì)-制造分離的產(chǎn)業(yè)模式，大量的設(shè)計(jì)公司在國內(nèi)涌現(xiàn)。同期，曾在德州儀器工作20年，擁有建晶圓工廠十余家經(jīng)驗(yàn)的張汝京，從臺(tái)灣來到大陸，創(chuàng)立了中芯國際，興建晶圓工廠。

　　時(shí)至今日，雖然在眾多關(guān)鍵領(lǐng)域仍然有巨大差距，但中國芯片行業(yè)已經(jīng)能夠在全球占據(jù)一席之地。以專利數(shù)量計(jì)量來看，美國占據(jù)了集成電路領(lǐng)域的23.56%，排名第一，日本占據(jù)了22.31%，排名第二，中國大陸占據(jù)22.25%，已經(jīng)排至第三位。

　　在未來的日子里，我們?nèi)匀粚⒚媾R來自國外的技術(shù)封鎖和產(chǎn)業(yè)打壓。但是，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國的集成電路產(chǎn)業(yè)的實(shí)力也早已今非昔比。

　　國際集成電路市場研究機(jī)構(gòu)IC insights的一份報(bào)告，總結(jié)了中國集成電路發(fā)展史上的幾次沖擊，在表格的的最后一列，表頭寫著“Successful?”(成功了嗎?)嘛，下面的一列全寫著NO。在最后一行，最近的一次沖擊上，IC insights留下了四個(gè)問號。

　　幾十年努力，多少前輩心血。相信有一天，我們抓住這一關(guān)鍵技術(shù)，會(huì)把別人的問號掰直。