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发展思路|ITRS寿终正寝,昭示半导体产业发展大转向

 大国重器元器件 2020-09-11

5月9日,本公号文章报道了“国际器件和系统路线图(IRDS)将代替“国际半导体技术路线图”(ITRS),为计算机产业的相关技术制定路线图(详见于此)。此次改变意味着半导体产业发展思路的根本性变化,已从节点更替转为包括计算机在内的更广阔领域。

继续微缩的经济效益存疑

2011年,英特尔在22纳米生产节点的量产上首次引入三维晶体管结构(FinFET);而且在工艺节点的进一步演进中,极紫外(EUV)光刻技术迟迟不成熟,不得不在光刻中采用多重图形方式。巨大的工艺难度和生产成本,以及不确定的投资回报,使得延续“摩尔定律”的经济效益受到质疑;越来越多的公司开始停下来思考下一个需求是什么,是否值得继续在特征尺寸微缩的道路上孤注一掷。

个人电脑销量的持续走低和智能手机市场的饱和,现有半导体产业的推动力尽显疲态,尽管联网设备数量在增加,但对于半导体产业而言,意味着难以再现单个芯片销量达到数十亿只的盛况。

现行路径不满足需求

然而困境不止于此。目前大量研发和使用的处理器架构并不适合模式识别、搜索等应用需求。这就像使用猎枪去打风筝,也许比用大炮效果好,但绝不是最佳选择。

随着由电池供电的移动设备数量越来越多,进一步加剧该问题的迫切性。CPU持续运转、存储器反复读写、多处理器核共同工作等,都带来巨大的耗电量,阻碍了可穿戴等移动设备的发展。

需求成为行业发展推动力

伴随着电子技术数十年的飞速发展,用户需求已被极大地激发,结果和感受成为焦点,而不再是技术本身。例如,用户更关心一个智能冰箱能提供何种智能服务,智能化程度几何,至于是采用4核还是8核处理器、内嵌的传感器是否可以Gbit速率和存储器进行信息交换等都不在关心之列。

半导体产业发展的推动力已因此发生“乾坤大挪移”,元器件技术进步带来电子系统升级换代,进而引领用户新需求,这一流程已经逆转,用户已掌握行业发展的话语权。芯片厂商能否及时了解用户需求,发现新市场的切入点等成为成败的关键。

“摩尔定律”并没有死亡,但和多个市场中的多个芯片生产商的关联性在弱化。


戈登·摩尔在2005年摩尔定律提出40周年庆上在奔腾4处理器晶圆上的签名

在现有工艺节点上开发新技术

    迈入新工艺节点的性价比和需求度都在降低,现有节点上多种技术的研究正如火如荼:

(1)90纳米生产工艺的高性能、低功耗优化版本;

(2)28和22纳米的全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)生产工艺;

(3)2.5D、2.1D(有机中间层)、3D、Marvell的MoChi、台积电(TSMC)的InFo和CoWoS、英特尔的EMIB等三维堆叠封装技术;

(4)磁阻随机存储器(MRAM)、电阻式随机存储器(ReRAM)、3D-XPoint等新型存储器技术;

(5)高带宽存储(HBM)、混合存储立方体(HMC)、服务器用DRAM模块等新型存储器架构技术。

IRDS朝全产业整合迈出一大步

上述这些技术和解决方案都由公司或产业团体独立进行。以路线图的方式将这些研发力量汇集,告知每个细分领域正在发生的改变,以及下一步发展的路径和步伐,但将对半导体产业的发展带来巨大益处。

IRDS是朝该方向迈出的第一步,将半导体产业的关注点从器件本身拓展到系统和应用,将在IEEE的组织和整个产业的鼎力支持下,为含应用在内的整个产业及配套支撑产业提供有效的指导。

下一个十年中,物联网将得到蓬勃发展,将有数十亿个物体互联到一起,用户需求将进一步彰显,将成为半导体产业发展史上的最大机会,影响半导体产业从前端设计工具到后端制造的方方面面,并开启过去从未出现过的多个市场。

IRDS在这个时间点启动,重要性不可估量。

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