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清华大学微电子研究所所长魏少军-芯片技术仍然是不可替代的。摩尔定律将长

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清华大学微电子研究所所长魏少军-芯片技术仍然是不可替代的。摩尔定律将长期有效

  

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清华大学微电子学研究所所长魏少军:芯片技术尚不可替代摩尔定律将长期有效

 

  决策主记者:李少亭决策主编辑:卢九安。

  随着集成电路技术几十年的发展,它带来了巨大的变化,成为国家间竞争的重要砝码。在过去的两年里,从“中兴禁止核心”到华为被美国列入实体名单,芯片的重要性已经被中国人广泛认可。

  最近,美国可能限制包括TSMC在内的芯片制造商向华为供货的消息再次引起人们对芯片行业的关注。

  “芯片是大国竞争的制高点,芯片技术和产业的发展必然成为国家战略。”4月1日晚,清华大学微纳电子与微电子研究所所长魏少军在清华大学五道口金融学院联合决策协会发起的“五道口在线学习计划”上说。

  他指出,芯片是技术创新的高地。尽管芯片行业现有的技术路径面临着物理和功耗等极端问题,但摩尔定律将在很长一段时间内有效,在可预见的未来,没有其他技术可以取代集成电路技术。

  新技术因芯片而诞生,旧技术因芯片而消亡!

  作为最著名的工业发展定律,摩尔定律已经指导了芯片工业50多年的发展。根据这项法律,到2019年底,一个芯片上可以集成687亿个晶体管,这是一个天文数字。

  “因为摩尔定律,我们将重建所有的物质基础设施。”魏少军说,因为人们相信摩尔定律可以在物理上实现,并且对此深信不疑,所以他们努力按照摩尔定律发展,使芯片技术长时间以令人难以置信的速度发展,然后他们今天取得了辉煌的成就。

  芯片也颠覆了许多行业的发展。魏少军以电影巨头柯达的兴衰为例。这家成立于19世纪末的公司在2012年申请了破产保护,因为它在数码相机技术的发展中失败了。

  "新技术源于芯片,旧技术源于芯片."魏少军说,任何芯片可以竞争的技术都不可避免地会成为输家,尖端技术如精密农业、超高清电视和人工智能的发展都离不开芯片。“无论是年轻学生、投资者还是企业家,如果你发现你所做的最终会被一个芯片所取代,那么你就可以很快制造出一个芯片。”魏少军幽默地说。

  魏少军认为,芯片在赋予新一代信息技术能力方面发挥着决定性作用,是支持数字经济发展的基础。在可预见的未来,没有其他技术可以取代集成电路。即使它出现了,也需要几十年时间和几十万亿美元来替换今天的集成电路。

  目前的芯片技术有四个限制。

  近年来,摩尔定律无效的争论越来越激烈。但是魏少军说摩尔定律将在很长一段时间内有效:就今天的技术路线而言,我们已经达到了7纳米的尺寸,5纳米很快就会到来;使用二维材料,人们已经制造了1纳米晶体管,并且至少在未来很长一段时间内,我们目前的技术方向仍遥遥无期。

  然而,魏少军也表示,目前的技术路径有四大限制,即物理限制、功耗限制、工艺限制和经济限制。

  物理限制是最小尺寸。就目前的技术而言,如果在材料方面没有突破,最小尺寸可能在1纳米左右,因为1纳米之后,电子不能被控制有效地传输,并且可能发生泄漏。

  功耗限制意味着功耗将达到极限。在一个小芯片上,数十亿个晶体管集中在一起。虽然每个晶体管消耗的功率很小,但总功耗仍然很大。没有控制,芯片的功耗将持续上升。以家用电熨斗为例,它们的功率密度是每平方厘米5瓦,而目前芯片的功率密度是每平方厘米十几瓦甚至几十瓦。

  工艺限制意味着现有的工艺和材料不能满足芯片技术的发展需要。因为目前的流程非常复杂,一个工厂可以同时开始生产的产品数量是有限的。此外,芯片技术已经使用了元素周期表中的大部分元素,而材料的发展也制约着芯片技术的进步。芯片技术的发展不再是芯片技术本身,而是跨学科的融合发展。

  经济极限是指未来的经济可行性。建造一个集成电路制造厂的成本在65纳米时为25亿至30亿美元,在22纳米时为80亿至100亿美元,然后在14纳米和16纳米时为120亿至150亿美元。尽管成本比之前预测的要低得多,但仍然是一个巨大的数字。然而,芯片成本的增加将会增加到最终产品中,这必须考虑到消费者的可接受性。

  呼吁增加对国内芯片研发的投资。

  芯片技术的复杂性、高进入壁垒以及芯片技术的重要性使其成为全球竞争行业的制高点。因为芯片技术的发展本身具有很强的商业属性,所以它已经成为一个全球化最彻底的行业。

  全球半导体发展在2019年经历了衰退,市场规模下降了12.1%,这是自2001年以来最大的衰退。中国是最大的新兴市场,2019年消费占总消费的35.1%。2019年,中国半导体行业增长16.2%。设计、制造、包装和测试的销售额首次超过2000亿美元。魏少军评论说,中国的发展在全球范围内仍然引人注目。

  但就自给自足而言,我们使用的芯片仍有70%需要进口。包括服务器中央处理器、个人电脑中央处理器/图形处理器等。,都四舍五入为零。在美国,50%的芯片销往中国,中国是美国最大的半导体市场。

  为什么美国芯片行业如此有能力?根据魏少军的说法,美国在芯片行业的R&D投资是除美国之外其他国家的两倍,美国芯片公司的毛利率可达62%,而中国大陆芯片公司的毛利率则远非如此。

  如果产品销售的利润规模不大,就难以加大R&D投资的力度和规模,从而形成恶性循环。“只有大大增加R&D的投资,进一步提高我们的技术和产品,我们才能打破目前的怪圈,发展。”魏少军说。

  目前,中国正通过国家集成电路产业投资基金增加对芯片产业的资本投资。魏少军呼吁增加对R&D芯片产业的投资。“自2014年以来,我们的半导体支出开始缓慢增加,但资本投资并不意味着R&D投资,我们目前在R&D的投资仍然不足。”。

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