臺積電：摩爾定律仍可向前推進(jìn)，半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要哪些技術(shù)革新？

    技術(shù)和創(chuàng )新正在引發(fā)新一輪的產(chǎn)業(yè)變革。當前全球集成電路產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)變革時(shí)期，摩爾定律推進(jìn)速度已經(jīng)大幅放緩，集成電路技術(shù)發(fā)展路徑正逐步向多功能融合的趨勢轉變。 2019年世界半導體大會(huì )高峰論壇上，臺積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮球在其“半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢”的主題演講中指出。

臺積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮球

現階段，無(wú)論是電腦、手機還是其他終端都需要人發(fā)出指令的。羅鎮球認為，未來(lái)這些設備或者機器之間是可以互相溝通、互相下指令并服務(wù)于用戶(hù)的，而這就是所謂的萬(wàn)物互聯(lián)。毋庸置疑，半導體是IT行業(yè)的最主要驅動(dòng)因素之一，半導體應用持續增加，社會(huì )對半導體技術(shù)的期待與日俱增。

對于半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，羅鎮球表示，臺積電通過(guò)工藝支持推進(jìn)摩爾定律向前、通過(guò)立體封裝推進(jìn)摩爾定律向前、通過(guò)硬件和軟件結合提升能效比。

EUV助力光刻技術(shù)突破桎梏

在工藝的微縮演進(jìn)過(guò)程中，EUV技術(shù)（遠紫外線(xiàn)光刻技術(shù)）功不可沒(méi)。光刻機的技術(shù)的難易主要觀(guān)察其波長(cháng)，波長(cháng)越短技術(shù)難度越高，意味著(zhù)其精度也就越好。

如上圖，每一格表示10倍關(guān)系，臺積電先后進(jìn)入248、193納米的光刻機階段。193納米的光刻機兼容性較為強大，兼容40nm至7nm所有規格，目前7nm工藝芯片臺積電已經(jīng)做到批量生產(chǎn)，依舊采用40nm的40光刻機。

從未來(lái)發(fā)展角度看，193納米的光刻機波長(cháng)是193，而EUV的波長(cháng)是13.5納米，這也就意味著(zhù)未來(lái)有關(guān)EUV的桎梏已經(jīng)突破。在未來(lái)，光刻突破的過(guò)程已經(jīng)不再是難題。

新材料是下一步努力方向

材料方面，晶體管結構由平坦式變?yōu)榱Ⅲw式，目前臺積電正著(zhù)手研發(fā)一款更好的晶體管結構。另外，新型的二維材料具有很多傳統材料所不具備的獨特的光電性能，特別是其卓越的非線(xiàn)性光學(xué)特性在構筑高性能、新功能光電子器件方面已經(jīng)展示了巨大的潛力。有關(guān)二維材料一般是三維立體結構，二維材料的輕薄意味著(zhù)它的場(chǎng)效應越來(lái)越好、高度越來(lái)越低，這也預示了工藝方面可以做進(jìn)一步的微縮。新材料是臺積電下一步的努力方向,加之臺積電目前擁有的晶體管架構“增幅”，也助力了半導體技術(shù)的持續發(fā)展和推進(jìn)。

IC集成度提高劍指設計革新

臺積電不僅致力于存儲器與CPU的結合，還會(huì )把各種不同功能的IC做異質(zhì)性結合，包含微機電、射頻等等。臺積電未來(lái)發(fā)展趨勢在于針對不同的應用場(chǎng)景，對不同芯片做異構集成（以封裝的方式集成）。

IC設計方面，現階段一般利用硅片與硅片連線(xiàn)，而將來(lái)會(huì )有一定的革新，具體如：打穿VF，下一列向上穿，以取代銅箔基板的連接；或是6納米連線(xiàn)，VF對VF直接連接。距離的縮短，意味著(zhù)面積的縮小。

在開(kāi)始設計IC時(shí)，采用將IC的設計劃分成塊的設計方案，便于將來(lái)更好的堆疊。I設計成一部分，邏輯設計成一部分，微機電設計成一部分，分別設計好后將各個(gè)部分串接。由于這種變化的過(guò)程，設計公司也需要在設計概念上做一些調整和改變。設計過(guò)程中，需要重新考慮在封裝時(shí)拉線(xiàn)的距離，這樣更有利于面積的縮小。

提高能效需軟硬件同步

臺積電針對提高能效比方面，實(shí)施了GPU專(zhuān)門(mén)處理繪圖的相應措施，其不僅提高了能效比，還可針對不同應用開(kāi)辟新的IC，以專(zhuān)門(mén)處理事件。有關(guān)未來(lái)發(fā)展，專(zhuān)用的DSP或CPU無(wú)法處理的事件，或可使用軟件重構，硬件被軟件重構后可執行不同的特殊應用，以此來(lái)實(shí)現軟硬結合，從而使能效進(jìn)一步提升。臺積電目標是能夠比傳統通用CPU能效比提升1000倍。

關(guān)于未來(lái)的應用場(chǎng)景未來(lái)的趨勢是，由于場(chǎng)景需求，依舊需要CPU、DSP。程序完成后，編譯器會(huì )對硬件的架構進(jìn)行考慮分析。在執行程序時(shí)候，會(huì )重新構建編輯結構，以此來(lái)應對特殊應用場(chǎng)景。所有的功能在同一個(gè)應用場(chǎng)景中，經(jīng)由軟語(yǔ)言與編譯器來(lái)優(yōu)化、共享、使用加速器。

小結

晶體管的部分，臺積電會(huì )繼續順應摩爾定律向前發(fā)展，依托新材料，新架構，持續向前推進(jìn)。關(guān)于3D封裝，臺積電使用持續堆疊的方法，使面積變小。設計方面得革新，助力IC集成度的體高。另外，軟件與硬件結合的方式，可以充分提高設備在使用的場(chǎng)景時(shí)的能效。