集成電路發(fā)展哲理

　　半導(dǎo)體技術(shù)極其豐富多彩，身陷其景，會有“不識廬山真面目，只緣身在此山中”的感觸。為此，既要“近賞細(xì)微”，又要“臨空瀏覽”，以期從中領(lǐng)悟到一些哲理。

　　本演講根據(jù)半導(dǎo)體技術(shù)“由簡入繁”、又“化繁為簡”的螺旋式發(fā)展史事，探討主流半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展哲理，供大家參考討論。

　　發(fā)展歷程

　　根據(jù)IC Knowledge 的歸納[1]，可以把集成電路(IC)的發(fā)展歷程劃分為四個階段：即奠定基礎(chǔ)、激情創(chuàng)新、昂首闊步和走向成熟，每階段大約20年。

　　“奠定基礎(chǔ)”發(fā)生于上世紀(jì)四五十年代，此階段發(fā)明或提出了晶體管、集成電路、平面工藝以及Si材料、CMOS等涉及器件“物理基礎(chǔ)”、“基本結(jié)構(gòu)”、“制造工藝”和“集成方法”等一系列基礎(chǔ)技術(shù)和方法。

　　“激情創(chuàng)新”發(fā)生于上世紀(jì)六七十年代，主要是產(chǎn)業(yè)技術(shù)擴(kuò)散階段。誕生了EPROM、DSP、DRAM、MPU等。當(dāng)時有兩個非常重要的發(fā)現(xiàn)，一個是等比例縮小，推動器件小型化;另一個是摩爾定律，推動器件集成化;這兩個堪稱是半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展引擎。這時候制造裝備(可視為晶圓制造的“基因”)業(yè)開始興起，設(shè)計工具也涌現(xiàn)了出來。

　　“昂首闊步”發(fā)生于上世紀(jì)八九十年代，在此之前，大方向都已經(jīng)定了，這時晶圓尺寸、集成規(guī)模、產(chǎn)業(yè)規(guī)模…等等只是順續(xù)擴(kuò)大，而產(chǎn)業(yè)技術(shù)則按 “路線圖”發(fā)展，即在已知規(guī)律下推測未來的發(fā)展，是一種邏輯的延伸。這里要指出的是，雖然第一代CMOS DRAM是在1983~1984年間推出的，但是CMOS早在奠定基礎(chǔ)階段就已經(jīng)“發(fā)明”了。

　　“走向成熟”階段大致從2000年開始到CMOS技術(shù)的“終結(jié)”。近年來，在認(rèn)識上大多共識到硅技術(shù)壽限大約在2020年前;而在實踐中則從“拜速度論”向“應(yīng)用為王”思路轉(zhuǎn)移，發(fā)生了一些重大事件，例如出現(xiàn)了“雙核年”，F(xiàn)abless(無生產(chǎn)線的公司)模式由懷疑到肯定并成為產(chǎn)業(yè)亮點(diǎn)等等。

　　發(fā)展哲理

　　從發(fā)展的前兩個歷程，我們可以看到IC產(chǎn)業(yè)“確定了器件縮小(等縮比)、集成做大(摩爾定律)兩大引擎，即如何做到又小又好!”而后兩個歷程則“全部基于馮•諾依曼范式和固體能帶論”，“抬頭拉車”，闊步向前，“即如何化繁為簡，做得規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)!”

　　因此，從純產(chǎn)業(yè)技術(shù)這個角度看，我們可以把這個產(chǎn)業(yè)的“發(fā)展哲理”歸納為：“小”就是美(目標(biāo))，崇尚“簡約”(使命)，倚重“左腦”(思路)三大特點(diǎn)。

　　“小”就是美

　　可從機(jī)制、性能、成本、功能、融合等五個角度來看。 機(jī)制是比例縮小，體現(xiàn)了“小(尺寸)與大(規(guī)模)螺旋式前進(jìn)，低(價格)與高(性能)辯證統(tǒng)一”。成本無論從每MIPS成本，或每個晶體管的成本看，都在大幅度下降。芯片功能越來越豐富，尤其是現(xiàn)在的移動多功能裝置，具有通信以外、越來越多的功能。融合的前景巨大，現(xiàn)在是硬件與軟件融合，今后將是產(chǎn)業(yè)的融合。