原创 摩尔定律或在2025年迎来终点 中国芯片若何突围?

2020-11-06 网络
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[科技新闻]原创 摩尔定律或在2025年迎来终点 中国芯片若何突围?

原标题:摩尔定律或在2025年迎来尽头 中国芯片怎样突围?

图源:Unsplash

30秒快读

1、摩尔定律的尽头什么时候到来?也许是2025年。

2、1纳米会是摩尔定律的尽头吗?也许会。除非新工艺和新材料涌现打破。

3、“后摩尔时期”,中国芯片怎样突围?

在不久前召开的IC CHINA 2020(中国国际半导体展览会)上,中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明展望,“跟着工艺节点演进,摩尔定律愈来愈难以延续,估计将走到2025年。

半导体企业的制程工艺正向这个尽头进发。最新消息是,台积电将在2022年量产3纳米工艺芯片,2024年履行2纳米工艺。

1纳米会是摩尔定律的尽头吗?现有制程工艺下,也许会。除非新工艺和新材料涌现打破。台积电曾乐观展望,在此前提下,也许到2050年,制程工艺能够到达0.1纳米。

但无论怎样,那将是一个少数人的游戏,而基于尽人皆知的缘由,中国在这个游戏中临时落伍。“后摩尔时期”,中国芯片的时机在那里?

01

不可蒙受的“AI之重”

图源:Oracle

“产业生长的驱动是算力,依据OpenAI预估,AI算力约每3.4个月翻倍,但算力需求增进速率是10倍/年增进就算摩尔定律不放缓,都难以满足日趋增速的算力需求。”IC CHINA2020上,上海燧原科技有限公司创始人兼CEO赵立东如是说。

AI算力虽然从2012年入手下手约莫每3.4个月翻一倍,但依旧低于算力需求的增速,图源:OpenAI

摩尔定律以为,一块芯片中可包容的晶体管数目每隔18至24个月就会增添一倍机能也将提拔一倍。自1965年摩尔提出此看法后,芯片机能的提拔基础以每5年增进10倍,每10年增进100倍的速率行进。

然则,制程工艺从22nm进入“后摩尔时期”,摩尔定律入手下手放缓,英伟达创始人黄仁勋甚至在CES2019上示意,摩尔定律每一年只能增进几个百分点,芯片机能的增速已降至每10年大概只要2倍

图源:收集

差别工艺节点时的芯片设想本钱水长船高。据观察机构IBS预算,16纳米制程开发用度达1亿美圆,10纳米为 1.74亿美圆,现在主流7纳米要冲上3亿美圆,5纳米要价约4.36亿美圆,3纳米更飙到6.5亿美圆。

芯片差别工艺节点开发本钱,图源:IBS

美国半导体行业协会总裁兼首席执行官John Neuffer泄漏,美国半导体公司每一年约莫将五分之一的收入用于应对芯片设想本钱上升的应战。

制程工艺一样面对应战,吴汉明示意,我国集成电路产业生长困难,尤其是芯片制作工艺存在三大应战:光刻是基础应战、新材料&工艺是中心应战、提拔良率是终级应战

02

20纳米以上另有很大空间

图源:IBM

算力和摩尔定律的抵牾不言而喻,但近况是,先进制程工艺基础被台积电、三星垄断,加上今年以来庞杂的国际关系,仅仅依托工艺升级已不能满足算力的需求。

但对中国企业而言,何尝不是件功德。吴汉明展望,“新材料、新工艺将是将来成套工艺研发的主旋律包含光刻手艺、薄膜手艺在内的许多关键手艺,举行完全的工艺集成后,构成能够商用的成套工艺

图源:Planet Reporter

2019年环球 82%的晶圆代工产能都是 20nm以上节点,20nm以下节点先进产能仅占12%,这为企业留下了庞大的立异空间。”

事实上,晶体管密度更高的芯片,大多被用于手机制作,而跟着AI时期的到来,当万事万物都须要增添一个“大脑”时,大多数智能化产物不会像手机一样,对单位面积内的盘算速率有不可替换的需求。

换句话说,许多AI芯片,能够在并不须要顶尖制程工艺的前提下,经由过程成套工艺的立异,到达和先进制程工艺一样的盘算才能

假如说台积电和荷兰ASML公司“锁死”了中国经由过程制程工艺改进制作高端芯片的方向,那末中国芯片必需“另辟蹊径”。

“环球半导体产业经由三次转移,而每次转移都是由于需求发生变化,从20世纪90年代入手下手,跟着PC和手机接踵提高,产业链从韩国、中国台湾逐步转移至中国大陆,等到了智能物联网时期,轻设想厂商将成为主流。”芯原股分董事长戴伟民示意。

数据显现,中国已成为环球范围最大、增速最快的集成电路市场。John Neuffer泄漏,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、可穿着设备的出口额在环球份额中均是第一位。

,科技新闻实时报道,

2016年统计的美国半导体行业的公司对中国市场的依赖性,图源:Quartz

国内边沿盘算芯片企业地平线创始人余凯以为,将来自动驾驶关于车载智能算力的需求是一种时机,新的封装手艺、软件硬件的高度协同、面向自动驾驶人工智能所做的立异型架构设想以及编译器操作系统,会使人工智能算力以指数级的“摩尔定律”向前生长,但这要求人工智能企业要有全新的头脑设想芯片。

03

打破:Chiplet的尝试

图源:收集

立异之路在那里?新构造、新材料、新集成设想立异,是业内基础公认的三条路,但设备和材料方面,日本兴起较早,现在是市场领头羊,中国最有大概在设想范畴有所打破

戴伟民以为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,望文生义,就是将差别工艺节点的die(裸片)经由过程异构的体式款式混装,如许能够大大下降企业在先进工艺制程方面的本钱。

比方苹果A13在16纳米工艺下本钱为4.98美圆/10亿晶体管,但在7纳米工艺下本钱只需2.65美圆/10亿晶体管

图源:Apple

但正如前文所言,高制程的芯片设想开发本钱惊人,平常企业没法蒙受。

戴伟民以为,Chiplet新形态是将来芯片主要趋向之一。比方一块芯片能够做到CPU用7nm工艺,I/0则用14nm工艺,如许与完全由7nm打造的芯片比本钱约莫下降50%。

图源:收集

但Chiplet的问题在于,差别芯片间互连的功耗和机能假如没有规范,大概结果拔苗助长。

现在芯原提出IP即Chiplet,能够将ISP(图象处置惩罚)、NPU(神经收集处置惩罚器)、VPU(视频处置惩罚器)、GPU(图形处置惩罚器)等芯片构成基于差别工艺节点的Chiplet,并做到“即插即用”

云云,对中国企业而言,Chiplet将大范围下降芯片设想的门坎;半导体IP受权商能升级为Chiplet供应商,提拔IP的代价且有用下降芯片客户的设想本钱。

更主要的是,Chiplet能够更好应用中国的封装资源,只管在先进制程上被“卡脖子”,但中国的封装工艺基础靠近天下顶级程度。

“领头羊”长电科技现在正在延续推进Chiplet的量产和2.5D/3D的封测手艺开发,估计到2021年,能够完成2.5D封装工艺,从而推进Chiplet更快落地。

04

将来:削减试错本钱

2019年,我国集成电路产业范围完成7000多亿元,同比增进15.8%。工业和信息化部电子信息司副司长杨旭东在IC China上示意,中国在环球市场份额中占比靠近50%。

只管近年来美国入手下手实行“脱钩”政策,但中国芯片产业正在敏捷兴起。数据显现,本日中国已具有天下17%的芯片产量。John Neuffer估计,到20世纪末,这一比例将增添到28%,尤其是在无晶圆厂和OSAT(封测代工厂)范畴,中国具有显著上风。

但中国的劣势也很显著。2020年,美国半导体行业协会最新调研显现,中美磨擦将转变环球IC产业款式,现在中国本地IC自给率只要14%中国本地IC设想业的环球市占率为15%,团体IC产业环球市占率只要5%。相比之下,美国的各项占比均在50%以上

图源:Unsplash

据上海集成电路产业投资基金治理有限公司总经理陈刚引见,从材料、设备、制作/封测、设想四个环节来看,科创板关于光掩模、12寸抛光片等材料范畴的企业追求二级市场资源有了肯定掩盖,但在先进工艺所需的高端材料和光刻机设备、抛光机方面,还是空缺,设想范畴的EDA、CPU、FPGA、DRAM、NAND等范畴也都存在空缺

在最为中心的半导体设备市场,中国与环球差异甚远。2019年,中国的半导体设备国产化率为18.8%,但盛美半导体设备股分有限公司董事长王晖坦承,个中中心设备占比很小。

从列国研发经费分派来看,我国与天下先进国家的差异依然很大,尤其在基础研究范畴,大部分研发停留在试验阶段,难以发生革命性的立异。

吴汉明指出,中国的集成电路研发经费的总额不比英美法日少,但比例严峻失衡,只要5%经费投入基础研发尤其是一些芯片制作企业,试错本钱占了全部研发经费的84%,“我们必需要有一个基础指导,使这类所谓试错式研发变成试验式研发。”

作者/IT时报记者 郝俊慧

编辑/挨踢妹

排版/黄建

图片/Unsplash、Oracle、OpenAI、IBS、IBM、Planet Reporter、Quartz、Apple、收集

泉源/《IT时报》民众号vittimes

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