7nm工藝節點是終點？這家公司已在研究2nm、3nm

摩爾定律由英特爾聯合創始人戈登.摩爾(Gordon Moore)提出，意思是說：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。不可否認，隨著繼續向下推進新的製程節點正變得越來越困難，摩爾定律正在逐漸走向極限，但不可忽視的是，在摩爾定律依然在延續的今天，中國在製造工藝上與世界先進工藝依然存在較大差距，如何縮小這其間的差距依然是不得不思考的問題。另外，在後摩爾時代，如何繼續推進摩爾定律也是業界關注的問題。

IMEC中國區總裁 丁輝文

多元化應用需要多元化半導體技術 中國必須開發先進工藝節點

丁輝文認為，講摩爾定律，其實首先是應用推動了晶元的成長，而在應用當中，主要是IoT、移動通訊、雲端服務這三大應用市場。同時這三大應用對半導體器件有不同的要求：一是IoT應用，功耗在1mW到100mW；二是移動通訊部分，功耗是100mW到10W量級上的需求；三是雲端服務，追求的是速度、速率、性能，在功耗上的需求可能在100W量級。「這就變成三大應用推動了整個半導體的研發以及半導體產業的發展。」丁輝文說。

經常可以聽到一種聲音，即「中國是不是可以不用做先進的工藝，既然追不上最先進的技術，是否只要做28nm就夠了」？對此，丁輝文表示，IoT應用的功耗在毫瓦量級，根據功耗、性能，晶圓片上的節點大概做到28nm就可以了，可以不一定遵循到摩爾定律5nm、3nm。但從移動通訊市場來看，目前華為、中興等領先的公司已經把手機晶元做到16nm，並且量產，現在正在做7nm的量產。這說明，如果做手機晶元一定還要沿著16nm往前走。對於雲端服務類市場，也一定要沿著摩爾定律繼續往前走。「因此，是否要做先進的工藝，就必須搞清楚對這三大應用市場需要自主掌控的程度。」丁輝文說，如果只做IoT，那麼做到28nm就可以了，但要在手機、伺服器市場自主掌握，那設計工藝也要匹配到相應的工藝節點，這是核心的部分。

目前，遵循摩爾定律，晶體管尺寸還在繼續縮小，不管是Logic，還是NAND，抑或DRAM，只不過到2016年，2DNDAN開始往3DNAND的方向走。

「IMEC目前正在與合作夥伴一起做一個邏輯工藝的研發平台，現在已經可以做到65nm、45nm、28nm、20nm、14nm、10nm。」丁輝文直言，在T-1階段，離現在兩年的時間，IMEC做的是5nm、7nm的研究，7nm幾乎完成。再往前兩年，IMEC還在做2nm、3nm的研究，以致於最新的研究導入的技術還在探討2nm。「換句話說，我們的整個研發平台是從小於2nm做到5nm、7nm。」

據介紹，IMEC還打造了一個完整的產業生態，包括Intel、三星、TSMC、海思、高通、ARM等公司。「我們幾乎吸引了全部設備公司和材料公司，以及全球大概600家系統級廠商一起研究未來的器件，推動整個科技產業發展。」丁輝文說。

丁輝文稱，實際上，每當摩爾定律走到一個難走的狀態，就會出現一些新的技術。比如，2013年、2014年如果沿著28nm再往前周，平面的工藝幾乎走到盡頭，摩爾定律可能就偏離摩爾定律了，這時就是出現了三維的FinFET，到2020年，當往前走到7nm，你會發現這個路也走不通，這時可能會有其它的方法，如SiGa channel、LNW出現。這使得半導體器件能繼續沿著摩爾定律往前走。

另外，目前MRAM和RRAM、PCM這些新的Memory已經到了非常靠近產品化和產業化的狀態，加上新的架構，也能使摩爾定律繼續往前延伸。在計算部分，業界也還在不斷尋找是否有新的產品和技術，新的結構、新的材料能夠讓半導體器件繼續往前延伸。另外，IMEC也在研究神經形態計算、quantum computing，未來晶體管有可能走不下去，用這個方法去替代，形成整個產業界對摩爾定律的追求。

丁輝文稱，總的來講，摩爾定律一直在向前延伸，當摩爾定律偏離方向，通過新的產品和技術、新的架構，新的材料，可以再回到摩爾定律上，這在10nm、7nm工藝節點都可能發生。再往前走到5nm工藝節點，EUV會把5nm以下的器件的成本降低，如果不行，又會通過新的方案，比如新的機器學習，量子計算等新的方案回到摩爾定律。在他看來，摩爾定律將會持續到2025年以後。

目前在製造工藝上，中國與世界先進工藝節點依然存在較大差距。那麼，中國該如何趕超世界先進水平的思路？對此，丁輝文提出了自己的觀點和對策。

一是邏輯代工對標TSMC——集中火力，（緊追摩爾+客戶培養）*VIRTUAL IDM。即由代工廠負責，集中央到地方資金支持。技術來源則可參加IMEC會員，與全球所有公司享有同等權利，IP、數據、團隊參與研發，目前IMEC研發5nm。這樣幾年後，有機會縮短甚至趕超。

在商業模式上，一方面是市場化，以市場和股東利益為主導，採用pure play foundry模式，這種模式廣泛被國際接受。由於客戶和研發的技術、時間點和經濟指標匹配難，追趕速度可能慢。另一方面是國家戰略，以擁有和趕超先進技術為主導，採用Virtual IDM模式。這種模式投資較大，效率較低，但是由於客戶和研發的技術、時間點和經濟指標匹配較容易，追趕速度可能快。在盈利方面，則可通過投資被扶持的設計公司的成功而獲利，如UMC-聯發科模式。

對於設計公司來說，則可以從傍大款模式和山寨模式轉向VIRTUAL IDM模式。丁輝文解釋稱，大款意即獨家或單一市場訂單就能支撐某個供應商的生存，如華為支撐海思，另外一種就是巨型終端公司，如華為、OPPO、VIVO等，還有一種是代工廠，如SMIC、華虹。在丁輝文看來，設計公司一方面可以拼創新，包括與終端公司合作，定義和開發未來N年使得終端產品有市場優勢（絕活）的核心技術，以及與Foundry合作形成特殊工藝（通常同時帶來成本優勢），這將會產生巨大競爭優勢，同時也需要長期積累。另一方面可以拼成本，這只是入門戰略，市場變化往往很快，或紅海一片，因此，能否持續研發，並建立穩定製造等產業鏈關係是關鍵。

二是研發中心對標IMEC，借力IMEC。比如，利用IMEC，在中國成立IMEC研究中心，在IMEC的研發基礎上做加法，避免重複投資，重複研發。

「半導體工藝尺寸的縮小和摩爾定律能持續發展到2025年以後，中國半導體有成功的歷史機遇，巧用國際和國內資源，中國有機會在各領域趕超世界先進水平。」 丁輝文如是說。

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