數據洪流時代的晶片之變

晶片無所不在，沒有晶片，就沒有現代生活。

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來源：科學網

摘要：自中興事件發生以來，對於我國半導體及晶片產業一直存在兩種截然相反的認識。

自中興事件發生以來，對於我國半導體及晶片產業一直存在兩種截然相反的認識。

而「中國芯」在面臨「捧殺」或「棒殺」的危機之時，更要應對數據洪流時代的新變化與新挑戰。

8月21日，英國媒體報導，該國前最大上市科技公司安謀（Arm）科技公司的共同創始人赫爾曼·豪澤表示，中國可輕易擊敗美國，控制全球半導體市場，引起業界一片譁然。

實際上，自中興事件發生以來，對於我國半導體及晶片產業一直存在各種截然相反的認識。

而「中國芯」在面臨「捧殺」或「棒殺」的危機之時，更要應對數據洪流時代的新變化與新挑戰。

超越不易

2017年，全球半導體市場達到4197億美元，同比增長21.6%。

其中，每年消費的晶片數量超過280億顆。

在8月22日~23日於南京舉行的第十六屆中國集成電路技術與應用研討會暨南京國際集成電路技術達摩論壇（CCIC 2018）上，復旦大學微電子學院執行院長張衛在分析上述數據時認為，這充分體現出，「晶片無所不在，沒有晶片，就沒有現代生活」。

「自中興事件發生以來，對我國集成電路和晶片產業的各種議論之聲就層出不窮，有的說好，有的說壞。

」賽迪顧問股份有限公司副總裁李珂坦言。

而現狀究竟如何？他援引了下列一組數據。

2007年到2017年，中國集成電路產業規模年均複合增長率為15.8%，遠高於全球半導體市場6.8%的增速。

而2018年1~3月的銷售額為1152.9億元，同比增長20.8%。

在設計、代工和封裝測試方面，2017年，中國大陸進入全球前50大設計企業的數量達到10家；中芯國際位列全球代工企業排名第5、華虹集團位列第7；長電科技併購星科金朋後成為全球第三大封測企業。

即便如此，我國與國際先進水平間的差距依舊。

李珂直言，我國的半導體產業在封裝測試和晶片設計方面雖已具備國際競爭力，但在處理器、存儲器等高端晶片、模擬晶片方面與已開發國家和地區相比差距依然十分顯著。

英特爾一直是全球晶片領域的引領者。

英特爾中國研究院院長宋繼強分享該公司經驗認為，提升晶片設計和製造水平是一件很困難的事，需要長時間的積累。

以英特爾為例。

據市場研究機構IC Insights發布的2017年全球半導體行業研發投入超過10億美元的18強企業報告顯示，英特爾、高通和博通名列前三位，其中英特爾公司2017年研發投入達到了130億美元，占十強企業研發投入總額的36%。

「英特爾是投入大量經費及許多年時間才獲得穩定、大批量生產晶片的先進位造能力的。

」宋繼強說。

談及中國晶片產業發展，他坦言，相比「超越」而言，「追趕」更加現實和理性。

要做到「超越」，需要在新技術、新材料，乃至工藝流程方面做很多探索。

而中國晶片產業現在更急需的是，在一些經濟效益比較好的節點，如22納米製程工藝上，具備大規模自主生產能力，以支撐國內大部分產業的發展。

探索艱難

50多年前，戈登·摩爾對晶片行業的發展作出預測：當價格不變時，晶片的性能每隔18~24個月便會提升一倍。

然而，當《自然》雜誌2016年發文指出，即將出版的國際半導體技術路線圖不再以摩爾定律為目標之後，有關摩爾定律是否已經走到盡頭的討論就一直是業界的熱點。

在CCIC 2018上，中國工程院院士許居衍在報告伊始就提出，摩爾定律已死，人工智慧萬歲。

他以指數性創新為例，指出摩爾定律已經失效，所以指數創新模式不是人工智慧晶片創新的最佳途徑。

而宋繼強則認為，「摩爾定律的經濟效益將繼續存在」。

他說，結合登納德縮放（電晶體面積的縮小使得其所消耗的電壓以及電流會以差不多相同的比例縮小）、波拉克法則（同製程工藝下，處理器的電晶體數量提升2~3倍，性能只能提升1.4~1.7倍）和摩爾定律，可以構建一個連接起價格、集成度和性能這三個相關因素的用戶價值三角。

當人們說摩爾定律已死時，他們通常是指用戶價值三角的一條或多條邊，而並不是特指摩爾定律那一邊。

「摩爾定律的經濟效益將繼續存在。

雖然這個速度不會像以前那麼快，但將持續存在。

」宋繼強表示。

在解釋10納米一再「難產」的原因時，宋繼強說，之所以如此，是因為英特爾在10納米製程上進行了包括超微縮在內的很多新技術、新材料、新工藝流程的探索。

「截至目前，我們已經積累了很多的經驗，近幾個月良品率在快速提升。

」

「10納米明年一定可以量產，而在10納米的基礎上，7納米的進展也會非常順利。

」 宋繼強對此表示樂觀。

未來方向

受限於CMOS技術和馮·諾依曼模式兩大方面存在的問題，許居衍提出，新時代晶片創新應該聚焦於計算架構創新。

而對於架構創新，他認為系統視野、2.5D或3D堆疊、異構架構是最主要的三大方向，特別是可重構晶片將大有可為。

而在宋繼強看來，過去半個多世紀裡，我們經歷了計算的不斷演進。

從上世紀60年代的大型機到後來的客戶端+伺服器、WEB、雲、人工智慧等，這意味著計算從生產率計算向生活方式計算、場景計算、智能計算等持續演進。

而智能計算之前的計算時代，其發展符合貝爾定律，即每10年便會開發出一代新型的更小、更便宜的計算設備，與此同時設備或用戶數則增加10倍。

而到了以人工智慧為代表的智能計算時代，晶片無處不在，則可能不再有單一的主流設備類別。

正因為如此，英特爾將自身定位為以數據為中心的公司，認為萬物互聯將讓我們進入一個數據洪流的時代，而萬物智能互聯產生的數據流動則需要端到端的晶片支持。

宋繼強認為，在此背景下，一種晶片很難「包打天下」，異構系統與新數據處理結合將是未來產品演變的方向。

而英特爾新的異構模型將採用「混搭」的方式，將不同的晶片通過多種封裝形式放在一起。

他說，英特爾於去年宣布的「嵌入式多晶片互連橋接」（EMIB）封裝技術就是英特爾混搭異構計算策略的一項關鍵技術。

該技術可以連接不同製程工藝生產出來的「小晶片」，採用全新的2D或3D封裝技術，能夠以超高能效移動設備的功耗，提供強大的PC性能。