随着工艺节点演进,摩尔定律越来越难以持续。有分析表示,摩尔定律或在2025年迎来终点,那么,中国芯片该如何突围呢?
据11月6日报道,半导体企业的制程工艺正向这个终点进发。最新消息是,台积电将在2022年量产3纳米工艺芯片,2024年推行2纳米工艺。
1纳米会是摩尔定律的终点吗?现有制程工艺下,也许会。除非新工艺和新材料出现突破。台积电曾乐观预测,在此前提下,或许到2050年,制程工艺可以达到0.1纳米。
“产业发展的驱动是算力,根据OpenAI预估,AI算力约每3.4个月翻倍,但算力需求增长速率是10倍/年增长,就算摩尔定律不放缓,都难以满足日益增速的算力需求。”IC CHINA2020上,上海燧原科技有限公司创始人兼CEO赵立东如是说。
摩尔定律认为,一块芯片中可容纳的晶体管数量每隔18至24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍。自1965年摩尔提出此观点后,芯片性能的提升基本以每5年增长10倍,每10年增长100倍的速度前进。
但是,制程工艺从22nm进入“后摩尔时代”,摩尔定律开始放缓,英伟达创始人黄仁勋甚至在CES2019上表示,摩尔定律每年只能增长几个百分点,芯片性能的增速已降至每10年可能只有2倍。
不同工艺节点时的芯片设计成本水涨船高。据调查机构IBS估算,16纳米制程开发费用达1亿美元,10纳米为 1.74亿美元,目前主流7纳米要冲上3亿美元,5纳米要价约4.36亿美元,3纳米更飙到6.5亿美元。
美国半导体行业协会总裁兼首席执行官John Neuffer透露,美国半导体公司每年大约将五分之一的收入用于应对芯片设计成本上升的挑战。
制程工艺同样面临挑战,吴汉明表示,中国集成电路产业发展艰难,尤其是芯片制造工艺存在三大挑战:光刻是基础挑战、新材料&工艺是核心挑战、提升良率是终级挑战。
算力和摩尔定律的矛盾显而易见,但现状是,先进制程工艺基本被台积电、三星垄断,加上今年以来复杂的国际关系,仅仅依靠工艺升级已经不能满足算力的需求。“全球半导体产业经过三次转移,而每次转移都是因为需求发生变化,从20世纪90年代开始,随着PC和手机相继普及,产业链从韩国、中国台湾逐渐转移至中国大陆,等到了智能物联网时代,轻设计厂商将成为主流。”芯原股份董事长戴伟民表示。数据显示,中国已经成为全球规模最大、增速最快的集成电路市场。John Neuffer透露,2019年,中国市场贡献了美国半导体公司36%的收入,中国的PC、手机、电视、可穿戴设备的出口额在全球份额中均是第一位。戴伟民认为Chiplet(芯粒)是一条可行之路。所谓Chiplet,是由Marvell创始人周秀文提出的MoChi(Modular Chip,模块化芯片)架构,顾名思义,就是将不同工艺节点的die(裸片)通过异构的方式混装,这样可以大大降低企业在先进工艺制程方面的成本。
如此,对中国企业而言,Chiplet将大规模降低芯片设计的门槛;半导体IP授权商能升级为Chiplet供应商,提升IP的价值且有效降低芯片客户的设计成本。
更重要的是,Chiplet可以更好利用中国的封装资源,尽管在先进制程上被“卡脖子”,但中国的封装工艺基本接近世界顶级水平。
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