對話蔣尚義：摩爾定律之外的突破

在人類所有的發(fā)明創(chuàng)造中，20 世紀中期晶體管和集成電路的發(fā)明，是人類創(chuàng)造史上最富傳奇的一個篇章，也是改變?nèi)祟悮v史進程和認知活動的一個重要里程碑。如今，集成電路已與我們的生活高度融合，幾乎所有的機電一體化設(shè)備和裝置都離不開芯片。

在集成電路工業(yè)領(lǐng)域，有一個神奇的定律歸納了其發(fā)展規(guī)律，即集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，這就是廣為熟知的“摩爾定律”。

集成電路孵化的摩爾定律

摩爾定律第一次出現(xiàn)是在 1965 年。當時，英特爾公司創(chuàng)始人戈登摩爾博士應(yīng)《電子》期刊 35 周年紀念的邀請，發(fā)表了《把更多元件塞進集成電路里》的文章，預(yù)測半導(dǎo)體未來十年的發(fā)展。文中做出了對半導(dǎo)體芯片上能夠承載多少電子元器件數(shù)目的預(yù)言，大意是，在一個芯片上所能放置元件數(shù)目每年要翻一番。

十年后的 1975 年，英特爾公司正在生產(chǎn)集成度約為 65000 個晶體管的內(nèi)存，摩爾博士的預(yù)言驚人地實現(xiàn)了！在這一年，摩爾博士在 IEEE 期刊《國際電子器件會議技術(shù)摘要》上發(fā)表文章《數(shù)字電子的進展》，再一次預(yù)言，“這條斜率大致接近每兩年翻一番。"

90 年代開始由于制造工藝和技術(shù)的飛速發(fā)展，晶體管的尺寸越來越小，接近納米尺度范圍，一些學(xué)者發(fā)出“由于熱噪聲的因素，摩爾定律將終結(jié)”的言論。但事實證明，摩爾定律并沒有終結(jié)，并一直延續(xù)至今，且影響深遠。

但事情總有結(jié)束的時候，在蔣尚義博士看來，摩爾定律作為過去三四十年引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強推動力，已經(jīng)很接近其物理極限，雖然半導(dǎo)體仍會繼續(xù)創(chuàng)新，但不會像以往這么快。

先進封裝驅(qū)動的摩爾定律

與保持一定速度發(fā)展的集成電路工藝相對的是，系統(tǒng)設(shè)計在過去四五十年內(nèi)并沒有太大的革新，電路板和封裝技術(shù)的發(fā)展比芯片工藝落后很多——如今晶圓上金屬導(dǎo)線的密度在二維空間超過電路板 100 萬倍以上。從這一驚人的數(shù)據(jù)差上不難看出，封裝和電路板的設(shè)計便是未來系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

此前，我們依靠不斷縮小器件尺寸而增大晶圓的相對面積，實現(xiàn)了集成電路產(chǎn)品性能按照“摩爾定律”不斷提升，但受到尺度縮小及物理定律的限制，其增長的速度逐步減慢。

于是，被寄予厚望的先進封裝應(yīng)運而生，有望打破現(xiàn)階段的發(fā)展瓶頸，蔣尚義博士進一步解釋，集成電路技術(shù)的演進有一個金科玉律，那就是將電路越做越小、集成度越做越高。但是現(xiàn)在有了先進封裝技術(shù)之后，這個觀念就被打破了。我們能在集成電路之上的層面去實現(xiàn)整體系統(tǒng)的集成，讓不同芯片之間連接的緊密度和整體系統(tǒng)性能類似于單一芯片，從而使最終產(chǎn)品的成本降低，效能增加。依據(jù)不同系統(tǒng)，針對各單元的特殊需求，選擇合適的單元經(jīng)由先進封裝和電路板技術(shù)重新整合稱之為集成系統(tǒng)，這將是后摩爾時代的發(fā)展趨勢。

因此，蔣尚義博士強調(diào)眼光不應(yīng)局限在芯片層面，要放遠至整體系統(tǒng)層面，這也是他選擇在古稀之年，從零開始，加入武漢弘芯的原因：“整個生態(tài)環(huán)境要重新建立，這中間就有很多事情可以做?！?/p>

同時他也呼吁像新思科技這樣的產(chǎn)業(yè)核心合作伙伴一同加入新的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，從系統(tǒng)公司到設(shè)計公司、設(shè)計服務(wù)；從 EDA 到集成電路技術(shù)、封裝技術(shù)、設(shè)備、材料，整個產(chǎn)業(yè)界需要重新建立新的合作模式。

人工智能時代下的摩爾定律

人工智能時代的到來極大地促進了集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場不斷擴大，技術(shù)不斷創(chuàng)新，所有的一切讓摩爾定律足足持續(xù)了 50 多年。摩爾定律還會走多遠，是否會有新定律誕生呢？

摩爾定律的背后，是一輩集成電路人共同的奮斗，而新的時代自然也需要年輕一輩的工程師攜手共創(chuàng)。因此，蔣尚義博士建議年輕的工程師，不要被較少的行業(yè)經(jīng)驗所局限，而是勇敢地嘗試未來的無限可能。一個有價值的創(chuàng)造，并非是在對相關(guān)基礎(chǔ)知識完全深入精通的情況下誕生的，比如造橋，古代的橋梁工程師，并不了解結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、土壤力學(xué)等，但他們依然用自己的經(jīng)驗和創(chuàng)新設(shè)計出各種鬼斧神工的橋梁，這就是工程師的典范。

在未盡知之前就進行創(chuàng)造，對工程師提出了更高的要求，不僅需要具備扎實的基礎(chǔ)知識，包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、材料學(xué)等等，更重要的是不斷創(chuàng)新。

雖然摩爾定律已經(jīng)慢慢達到它的物理極限，但絕對不表示創(chuàng)新可以就此停下來，發(fā)展了 100 多年的汽車工業(yè)尚在不斷創(chuàng)新、變革，集成電路的未來更將擁有 “摩爾定律”之外的突破。