對(duì)話(huà)蔣尚義：摩爾定律之外的突破

在人類(lèi)所有的發(fā)明創(chuàng)造中，20 世紀(jì)中期晶體管和集成電路的發(fā)明，是人類(lèi)創(chuàng)造史上最富傳奇的一個(gè)篇章，也是改變?nèi)祟?lèi)歷史進(jìn)程和認(rèn)知活動(dòng)的一個(gè)重要里程碑。如今，集成電路已與我們的生活高度融合，幾乎所有的機(jī)電一體化設(shè)備和裝置都離不開(kāi)芯片。

在集成電路工業(yè)領(lǐng)域，有一個(gè)神奇的定律歸納了其發(fā)展規(guī)律，即集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，每隔 18-24 個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，這就是廣為熟知的“摩爾定律”。

集成電路孵化的摩爾定律

摩爾定律第一次出現(xiàn)是在 1965 年。當(dāng)時(shí)，英特爾公司創(chuàng)始人戈登摩爾博士應(yīng)《電子》期刊 35 周年紀(jì)念的邀請(qǐng)，發(fā)表了《把更多元件塞進(jìn)集成電路里》的文章，預(yù)測(cè)半導(dǎo)體未來(lái)十年的發(fā)展。文中做出了對(duì)半導(dǎo)體芯片上能夠承載多少電子元器件數(shù)目的預(yù)言，大意是，在一個(gè)芯片上所能放置元件數(shù)目每年要翻一番。

十年后的 1975 年，英特爾公司正在生產(chǎn)集成度約為 65000 個(gè)晶體管的內(nèi)存，摩爾博士的預(yù)言驚人地實(shí)現(xiàn)了！在這一年，摩爾博士在 IEEE 期刊《國(guó)際電子器件會(huì)議技術(shù)摘要》上發(fā)表文章《數(shù)字電子的進(jìn)展》，再一次預(yù)言，“這條斜率大致接近每?jī)赡攴环?

90 年代開(kāi)始由于制造工藝和技術(shù)的飛速發(fā)展，晶體管的尺寸越來(lái)越小，接近納米尺度范圍，一些學(xué)者發(fā)出“由于熱噪聲的因素，摩爾定律將終結(jié)”的言論。但事實(shí)證明，摩爾定律并沒(méi)有終結(jié)，并一直延續(xù)至今，且影響深遠(yuǎn)。

但事情總有結(jié)束的時(shí)候，在蔣尚義博士看來(lái)，摩爾定律作為過(guò)去三四十年引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)推動(dòng)力，已經(jīng)很接近其物理極限，雖然半導(dǎo)體仍會(huì)繼續(xù)創(chuàng)新，但不會(huì)像以往這么快。

先進(jìn)封裝驅(qū)動(dòng)的摩爾定律

與保持一定速度發(fā)展的集成電路工藝相對(duì)的是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在過(guò)去四五十年內(nèi)并沒(méi)有太大的革新，電路板和封裝技術(shù)的發(fā)展比芯片工藝落后很多——如今晶圓上金屬導(dǎo)線(xiàn)的密度在二維空間超過(guò)電路板 100 萬(wàn)倍以上。從這一驚人的數(shù)據(jù)差上不難看出，封裝和電路板的設(shè)計(jì)便是未來(lái)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

此前，我們依靠不斷縮小器件尺寸而增大晶圓的相對(duì)面積，實(shí)現(xiàn)了集成電路產(chǎn)品性能按照“摩爾定律”不斷提升，但受到尺度縮小及物理定律的限制，其增長(zhǎng)的速度逐步減慢。

于是，被寄予厚望的先進(jìn)封裝應(yīng)運(yùn)而生，有望打破現(xiàn)階段的發(fā)展瓶頸，蔣尚義博士進(jìn)一步解釋?zhuān)呻娐芳夹g(shù)的演進(jìn)有一個(gè)金科玉律，那就是將電路越做越小、集成度越做越高。但是現(xiàn)在有了先進(jìn)封裝技術(shù)之后，這個(gè)觀(guān)念就被打破了。我們能在集成電路之上的層面去實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的集成，讓不同芯片之間連接的緊密度和整體系統(tǒng)性能類(lèi)似于單一芯片，從而使最終產(chǎn)品的成本降低，效能增加。依據(jù)不同系統(tǒng)，針對(duì)各單元的特殊需求，選擇合適的單元經(jīng)由先進(jìn)封裝和電路板技術(shù)重新整合稱(chēng)之為集成系統(tǒng)，這將是后摩爾時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。

因此，蔣尚義博士強(qiáng)調(diào)眼光不應(yīng)局限在芯片層面，要放遠(yuǎn)至整體系統(tǒng)層面，這也是他選擇在古稀之年，從零開(kāi)始，加入武漢弘芯的原因：“整個(gè)生態(tài)環(huán)境要重新建立，這中間就有很多事情可以做?！?/p>

同時(shí)他也呼吁像新思科技這樣的產(chǎn)業(yè)核心合作伙伴一同加入新的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，從系統(tǒng)公司到設(shè)計(jì)公司、設(shè)計(jì)服務(wù)；從 EDA 到集成電路技術(shù)、封裝技術(shù)、設(shè)備、材料，整個(gè)產(chǎn)業(yè)界需要重新建立新的合作模式。

人工智能時(shí)代下的摩爾定律

人工智能時(shí)代的到來(lái)極大地促進(jìn)了集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，技術(shù)不斷創(chuàng)新，所有的一切讓摩爾定律足足持續(xù)了 50 多年。摩爾定律還會(huì)走多遠(yuǎn)，是否會(huì)有新定律誕生呢？

摩爾定律的背后，是一輩集成電路人共同的奮斗，而新的時(shí)代自然也需要年輕一輩的工程師攜手共創(chuàng)。因此，蔣尚義博士建議年輕的工程師，不要被較少的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)所局限，而是勇敢地嘗試未來(lái)的無(wú)限可能。一個(gè)有價(jià)值的創(chuàng)造，并非是在對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)完全深入精通的情況下誕生的，比如造橋，古代的橋梁工程師，并不了解結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、土壤力學(xué)等，但他們依然用自己的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)出各種鬼斧神工的橋梁，這就是工程師的典范。

在未盡知之前就進(jìn)行創(chuàng)造，對(duì)工程師提出了更高的要求，不僅需要具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、材料學(xué)等等，更重要的是不斷創(chuàng)新。

雖然摩爾定律已經(jīng)慢慢達(dá)到它的物理極限，但絕對(duì)不表示創(chuàng)新可以就此停下來(lái)，發(fā)展了 100 多年的汽車(chē)工業(yè)尚在不斷創(chuàng)新、變革，集成電路的未來(lái)更將擁有 “摩爾定律”之外的突破。