刘明院士：集成芯片技术为研制高端芯片提供新途径

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8月12日，2022“海聚英才”系列活动——上海集成电路“大师讲堂”在上海科学会堂开幕。中国科学院院士刘明发表了题为《集成电路创新发展之路》的主题演讲，从集成电路对于人类的影响、集成电路的尺寸微缩路径、工艺/设计协同到集成芯片等三个方面细致分析了集成电路产业创新发展趋势和行业发展态势。

她认为，集成电路为现代信息技术提供了关键的硬件基础支撑，推动了包括PC、互联网、手机、云计算等在内的新一代信息技术的高速发展，在不同的领域都产生了重大的影响。据了解，集成电路为全球GDP的直接贡献达到了4700亿美元，间接贡献更是高达3.7兆亿美元，可见其影响之深远。

刘明指出，早年基于电子管的第一台通用计算机，每秒只能进行5000次运算，而且无故障工作时间大概也就在5分钟到10分钟。但即使是这样一台机器，也对当时的美国国防作出了重要贡献。此后，随着固态器件的出现，它改变的不仅是人类的生产方式，也改变了每个人的生活方式。而计算机的每一代突破都得益于集成电路的发展。

刘明认为，集成电路是20世纪最具影响力的发明，它推动了人类社会迈进信息化时代，极大提高了生产效率，未来的智能社会依然要依赖于集成电路的快速发展。集成电路既是智能化的硬件基础，也关乎国家安全。它渗透到了社会及工业生产的各个领域，是综合国力的体现。

刘明介绍，集成电路在发展过程中，尺寸微缩是主要的驱动力，并且一直遵循着摩尔定律。

但她同时表示，器件并非只要进行了微缩，性能就会提升、功耗就会降低。因此，需要选择新材料，器件结构也要从平面转向立体，创新工艺技术、光刻技术等，只有这样，才使尺寸微缩技术得到保障。

刘明表示，设计创新也同样重要，以CPU为例，目前单核处理器性能已经很难进一步提升了，所以现在普遍采用多核处理器来提升性能，如采用异构多核架构、协处理器以及GPU架构、专用处理器、嵌入式CPU/NPU等技术提高性能。但目前CPU核心数增速减缓，多核带来的性能提升也将面临瓶颈。

而且芯片的复杂度一直在增加，设计周期也越来越长，成本越来越高，独立功能EDA工具降低设计复杂度也已经接近极限，功能的协同融合和验证难度加大。因此，IP复用成为降低设计复杂度的重要技术手段，目前已经超过80%IP实现复用。

而单芯片面积接近光刻面积极限（858mm²），伴随单芯片面积增大成品率将下降，这也制约着集成电路产业的发展。

刘明指出，集成电路是把若干电子元器件通过半导体工艺集成，形成具有特定功能的电路。而集成芯片是指将复杂芯片分解成芯粒，根据系统需求，将不同芯粒组合，通过半导体制造将若干芯片模块集成，形成复杂功能芯片。芯粒可以预先制造好，具有特定功能、可二次集成芯片。集成芯片技术将突破单芯片光刻面积瓶颈、封装极限以及设计周期制约。

刘明最后总结道，集成芯片技术是摩尔时代国际集成电路技术创新的前沿，为我国提供了一条基于低世代集成电路工艺研制高端芯片的新途径。它提供了破解万物互联芯片形态多样化、碎片化的新方法，将在市场的推动下形成的自己的技术、标准、生态。期待中国能诞生出新的领导性企业。

延伸阅读：

刘明院士之问：芯片靠尺寸微缩还能走多远?

2022年下半程：承压前行，创新不止，集成电路产业走向何方？

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作者丨许子皓

编辑丨诸玲珍

美编丨马利亚 

监制丨连晓东

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