集成电路密集度以几何级数增加,源于:①半导体的PN 结能做得越来越小;②芯片上连接PN 结之间的电路可以用光刻机,刻画得越来越细小。目前,芯片可以做到3 nm,大批量生产可以做到7～14 nm。
PN 结可以越来越小,连接电路的宽度和长度也越做越小,但是,小必然有其极限。因此,集成电路的密集度是有极限的。或者说,摩尔定律一定会“死亡”,即集成电路的密集度不能永远按每18个月增一倍的生产速度前进。对此,摩尔先生预测2017年摩尔定律会终结,后来,他又改为2022年左右。
集成电路的设计和生产能力是衡量一个国家工业化程度的重要指标。当前,中国的集成电路与美国有很大的差距。2016年国内集成电路市场规模接近12 000亿元,而国内产业销售额仅为4 335 亿元,自给率不足40%[4]。
集成电路的设计、生产等产业型人才的不足,严重影响了我国集成电路的竞争力,也导致计算机和相关行业相对落后。2002年中国政府发文,期望建立微电子与示范性软件学院,其目的就是要尽快培养集成电路和软件方面的人才。
我们接着要问:既然摩尔定律在2022年就可能终结,那么,是否意味着集成电路的发展已到了天花板?还有必要再发展集成电路这个产业吗?还需要培养微电子人才吗?
对此,我们应该意识到以下几点。(www.xing528.com)
(1)摩尔定律的终结,并不意味着集成电路的发展会戛然而止。即使密集度不会按指数增长,线性增长也是有很大潜力可挖的。也就是说,半导体集成电路仍然具有很大的产业潜力。
(2)摩尔定律的发展速度,是指美国这样的发达国家能做到的规律。大多数发展中国家,集成电路仍依赖于进口,美国可以随时切断集成电路的出口。作为一个发展中国家,我们仍需要大力发展,追赶上美国的集成电路产业的发展速度,才能在计算机、通信等领域具有更多的话语权。
(3)摩尔定律的终结,提醒我们不能完全依赖硅和锗这样的半导体集成电路,需要不断地寻找新材料和开发新技术。例如,量子计算机就是一个竞争方向。
(4)我国在集成电路上相对落后原因之一是前期对集成电路的发展(摩尔定律)认识不足,微电子行业发展缓慢,丢失了微电子行业重要的发展时期,导致在1978年改革开放后,处于在美国集成电路产业后面不断学习和跟踪的窘境。因此,要在一个新材料和新技术的萌芽(发展初期)阶段,及时占领领跑位置和掌握同步的竞争力是十分重要的。
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