刘明院士：芯片靠尺寸微缩能走多远？发展高端芯片该走哪条路

澎湃新闻记者 张静

集成电路的发展是尺寸微缩驱动的发展，但如今单纯依靠尺寸微缩带来性能提升的红利空间已逐步缩小。尺寸微缩到底能走多远？集成电路的发展该选择哪条道路？

9月15日，在第二届中国（上海）自贸区临港新片区半导体产业发展高峰论坛上，中国科学院院士、复旦大学芯片与系统前沿技术研究院院长刘明表示，如果微缩道路走不下去，用传统集成电路制造技术来做先进封装是一条可以选择的道路。“目前基于先进封装的集成芯片已经成为高性能芯片的首选，在同等工艺节点下，如果采用先进封装进行芯片的集成，大概能实现15%性能提升，相当于一代技术的进步。”

集成电路是信息产业的基石，为互联网、手机、云计算等领域高速发展提供了硬件基础支撑。刘明表示，晶体管和集成电路是20世纪最伟大的技术发明，经过几十年发展，集成电路成为一个独立行业，2018年产值接近4700亿美元，并且仍在快速发展。

集成电路是一个规律发展的行业，工艺技术每18-24个月更新一代，新一代技术和上一代相比，面积缩小，性能提升，功耗降低。集成电路的发展是尺寸微缩驱动的发展。在尺寸微缩历程中，无论是材料、器件结构、光刻技术、封装，乃至EDA工具，甚至商业模式，都在不断全面创新。

“单纯靠尺寸微缩，我们就可以为芯片性能提升带来非常大的红利。”刘明表示，以处理芯片为例，在最美好的时期，单纯靠尺寸微缩，算力每年可以提高52%，这是计算机高速发展的重要推动力。

但这一红利空间已经逐步缩小，“现在单纯靠尺寸微缩带给处理芯片的性能提升已经只有3%左右，很大程度的性能是靠架构并行处理实现的。”

尺寸微缩到底能走多远？集成电路的发展该选择哪条道路？刘明表示，如果微缩道路走不下去，用传统集成电路制造技术来做先进封装是一条可以选择的道路。

“目前基于先进封装的集成芯片已经成为高性能芯片的首选，在同等工艺节点下，如果采用先进封装进行芯片的集成，大概能实现15%性能提升，相当于一代技术的进步。”她表示，在没有先进光刻机来发展先进制程的情况下，基于先进封装集成芯片是摆脱限制，发展自主高端芯片的必由之路。

刘明呼吁，能否在上海建立一个集成芯片开放平台，吸引不同人才共同努力，形成我国的规范标准，最终形成自己的生态。此外，对于科学研究，刘明认为，这需要积累，需要科学家坐冷板凳，从前瞻研究到市场应用更加需要再次创新和时间的周期。

“商业模式创新在中国是很集中的，也很容易拿到资本的支持，但是底层技术和基础产业如何坚守和获得支持，才是我们国家能长远走得好、走得稳更重要的基础。”她表示，今天集成电路很热，大家就追随热门，这对IC这种时间性产业是非常难形成学习曲线的，也非常不利于这个行业的发展。

责任编辑：李跃群

校对：刘威

IMEC造出全球最小SRAM芯片：面积微缩24%，适用于5nm工艺

地球上除了IBM、英特尔、台积电、三星具有强大的半导体工艺研发技术实力之外，比例微电子中心IMEC也是全球知名的半导体研发中心，国内的14nm FinFET工艺就是跟他们合作的。在新一代半导体工艺上，除了三星提及5nm及之后3nm工艺之外，其他家都没有具体的5nm、3nm工艺细节披露，IMEC上周则宣布了一项新的技术，制造了全球最小的SRAM芯片，面积缩小了24%，可适用于未来的5nm工艺。

由于结构更简单等原因，每一代新工艺中研发人员往往会使用SRAM芯片做试点，谁造出的SRAM芯片核心面积更小就意味着工艺越先进，此前的记录是三星在今年2月份的国际会议上宣布的6T 256Mb SRAM芯片，面积只有0.026mm2，不过IMEC上周联合Unisantis公司开发的新一代6T 256Mb SRAM芯片打破了这个记录，核心面积只有0.0184到0.0205mm2，相比三星的SRAM微缩了24%。

面积能大幅缩小的原因就在于使用了新的晶体管结构，Unisantis与IMEC使用的是前者开发的垂直型环绕栅极（Surrounding Gate Transistor，简称SGT）结构，最小栅极距只有50nm。研究表明，与水平型GAA晶体管相比，垂直型SGT单元GAA晶体管面积能够缩小20-30%，同时在工作电压、漏电流及稳定性上表现更佳。

目前IMEC正在跟Unisantis公司一起定制新工艺的关键工艺流程及步骤，通过一种新颖的工艺协同优化DTCO技术，研发人员就能使用50nm间距制造出0.0205mm2的SRAM单元，该工艺能够适用于未来的5nm工艺节点。

此外，该工艺还能使用EUV光刻工艺，减少工艺步骤，从而使得设计成本与传统FinFET工艺相当。

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