臺(tái)積電：摩爾定律仍可向前推進(jìn)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要哪些技術(shù)革新？

    技術(shù)和創(chuàng)新正在引發(fā)新一輪的產(chǎn)業(yè)變革。當(dāng)前全球集成電路產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)變革時(shí)期，摩爾定律推進(jìn)速度已經(jīng)大幅放緩，集成電路技術(shù)發(fā)展路徑正逐步向多功能融合的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變。 2019年世界半導(dǎo)體大會(huì)高峰論壇上，臺(tái)積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球在其“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)”的主題演講中指出。

臺(tái)積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球

現(xiàn)階段，無(wú)論是電腦、手機(jī)還是其他終端都需要人發(fā)出指令的。羅鎮(zhèn)球認(rèn)為，未來(lái)這些設(shè)備或者機(jī)器之間是可以互相溝通、互相下指令并服務(wù)于用戶的，而這就是所謂的萬(wàn)物互聯(lián)。毋庸置疑，半導(dǎo)體是IT行業(yè)的最主要驅(qū)動(dòng)因素之一，半導(dǎo)體應(yīng)用持續(xù)增加，社會(huì)對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)的期待與日俱增。

對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，羅鎮(zhèn)球表示，臺(tái)積電通過(guò)工藝支持推進(jìn)摩爾定律向前、通過(guò)立體封裝推進(jìn)摩爾定律向前、通過(guò)硬件和軟件結(jié)合提升能效比。

EUV助力光刻技術(shù)突破桎梏

在工藝的微縮演進(jìn)過(guò)程中，EUV技術(shù)（遠(yuǎn)紫外線光刻技術(shù)）功不可沒(méi)。光刻機(jī)的技術(shù)的難易主要觀察其波長(zhǎng)，波長(zhǎng)越短技術(shù)難度越高，意味著其精度也就越好。

如上圖，每一格表示10倍關(guān)系，臺(tái)積電先后進(jìn)入248、193納米的光刻機(jī)階段。193納米的光刻機(jī)兼容性較為強(qiáng)大，兼容40nm至7nm所有規(guī)格，目前7nm工藝芯片臺(tái)積電已經(jīng)做到批量生產(chǎn)，依舊采用40nm的40光刻機(jī)。

從未來(lái)發(fā)展角度看，193納米的光刻機(jī)波長(zhǎng)是193，而EUV的波長(zhǎng)是13.5納米，這也就意味著未來(lái)有關(guān)EUV的桎梏已經(jīng)突破。在未來(lái)，光刻突破的過(guò)程已經(jīng)不再是難題。

新材料是下一步努力方向

材料方面，晶體管結(jié)構(gòu)由平坦式變?yōu)榱Ⅲw式，目前臺(tái)積電正著手研發(fā)一款更好的晶體管結(jié)構(gòu)。另外，新型的二維材料具有很多傳統(tǒng)材料所不具備的獨(dú)特的光電性能，特別是其卓越的非線性光學(xué)特性在構(gòu)筑高性能、新功能光電子器件方面已經(jīng)展示了巨大的潛力。有關(guān)二維材料一般是三維立體結(jié)構(gòu)，二維材料的輕薄意味著它的場(chǎng)效應(yīng)越來(lái)越好、高度越來(lái)越低，這也預(yù)示了工藝方面可以做進(jìn)一步的微縮。新材料是臺(tái)積電下一步的努力方向,加之臺(tái)積電目前擁有的晶體管架構(gòu)“增幅”，也助力了半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和推進(jìn)。

IC集成度提高劍指設(shè)計(jì)革新

臺(tái)積電不僅致力于存儲(chǔ)器與CPU的結(jié)合，還會(huì)把各種不同功能的IC做異質(zhì)性結(jié)合，包含微機(jī)電、射頻等等。臺(tái)積電未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)在于針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)不同芯片做異構(gòu)集成（以封裝的方式集成）。

IC設(shè)計(jì)方面，現(xiàn)階段一般利用硅片與硅片連線，而將來(lái)會(huì)有一定的革新，具體如：打穿VF，下一列向上穿，以取代銅箔基板的連接；或是6納米連線，VF對(duì)VF直接連接。距離的縮短，意味著面積的縮小。

在開(kāi)始設(shè)計(jì)IC時(shí)，采用將IC的設(shè)計(jì)劃分成塊的設(shè)計(jì)方案，便于將來(lái)更好的堆疊。I設(shè)計(jì)成一部分，邏輯設(shè)計(jì)成一部分，微機(jī)電設(shè)計(jì)成一部分，分別設(shè)計(jì)好后將各個(gè)部分串接。由于這種變化的過(guò)程，設(shè)計(jì)公司也需要在設(shè)計(jì)概念上做一些調(diào)整和改變。設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要重新考慮在封裝時(shí)拉線的距離，這樣更有利于面積的縮小。

提高能效需軟硬件同步

臺(tái)積電針對(duì)提高能效比方面，實(shí)施了GPU專門處理繪圖的相應(yīng)措施，其不僅提高了能效比，還可針對(duì)不同應(yīng)用開(kāi)辟新的IC，以專門處理事件。有關(guān)未來(lái)發(fā)展，專用的DSP或CPU無(wú)法處理的事件，或可使用軟件重構(gòu)，硬件被軟件重構(gòu)后可執(zhí)行不同的特殊應(yīng)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合，從而使能效進(jìn)一步提升。臺(tái)積電目標(biāo)是能夠比傳統(tǒng)通用CPU能效比提升1000倍。

關(guān)于未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景未來(lái)的趨勢(shì)是，由于場(chǎng)景需求，依舊需要CPU、DSP。程序完成后，編譯器會(huì)對(duì)硬件的架構(gòu)進(jìn)行考慮分析。在執(zhí)行程序時(shí)候，會(huì)重新構(gòu)建編輯結(jié)構(gòu)，以此來(lái)應(yīng)對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)景。所有的功能在同一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，經(jīng)由軟語(yǔ)言與編譯器來(lái)優(yōu)化、共享、使用加速器。

小結(jié)

晶體管的部分，臺(tái)積電會(huì)繼續(xù)順應(yīng)摩爾定律向前發(fā)展，依托新材料，新架構(gòu)，持續(xù)向前推進(jìn)。關(guān)于3D封裝，臺(tái)積電使用持續(xù)堆疊的方法，使面積變小。設(shè)計(jì)方面得革新，助力IC集成度的體高。另外，軟件與硬件結(jié)合的方式，可以充分提高設(shè)備在使用的場(chǎng)景時(shí)的能效。