从集成电路到集成系统

19日，2019集微半导体峰会在厦门海沧举行。台积电前CTO蒋尚义、武汉弘芯半导体制造有限公司总经理兼CEO蒋尚义作了《从集成电路到集成系统》的演讲。

以下为演讲内容的要点：

半导体业环境在近两年产生了巨大的变化。

体现在摩尔定律作为三四十年引领IC业发展的强推动力，已然接近物理极限。虽然半导体仍会继续创新，但不会像以往这么快，冲击将非常大。

同时，与之相对的是系统设计在过去四五十年没有太大的改变，电路板和封装的技术发展相比芯片落后很多，如今芯片密度在二维空间超过电路板100万倍以上。未来系统技术发展瓶颈在于封装和电路板，业界已发展出先进封装技术来着力解决。

此外，采用先进工艺的客户和产品也越来越少，只有极少数极大需求量的IC或能采用。据统计，采用先进工艺需投入5亿-10亿美元，销售5亿颗以上才有可能收回投资。而且随着后智能手机时代的来临，对芯片的要求各有不同，种类繁多，变化快，但量不一定大，目前的生态环境已不再适用。

而半导体应用市场的演变也触发了新的商业契机，从1980年大型电脑、1990年PC、2000年手机、2010年智能手机的驱动力将在2020年演变为多元应用市场，以往主要的芯片掌握在少数供应商手中，而近年来多元化应用需要各一的芯片，芯片的需求更多元化，市场将不再掌握在少数厂商。

因而，为应对上述技术和产业的变化，解决封装和电路板的瓶颈，通过集成系统来使得使芯片之间连接的紧密度和整体系统性能类似于单一芯片，从而使成本降低，效能增加。依据不同系统，针对各单元的特殊需求，选择合适的单元经由先进封装和电路板技术重新整合称之为集成系统，这将是后摩尔时代的发展趋势。系统集成可由子系统集成开始，比如以往GPU与8个DRAM集成，通过先进封装整合成一颗芯片，大幅提升效能。

采用先进封装，要考虑即便在芯片与芯片之间间隔很远的情形下，都能适用，从而可灵活定义系统，这就要求建立先进封装标准，让工艺与设计无碍地沟通，所有产品规格一致，从而构建完整的生态环境。

在半导体产业的生态环境中，供应链的组成涉及设备+原料、硅片工艺、封装测试、芯片和系统产品，环环相扣缺一不可，更重要的是彼此配合以达到系统性能的最佳化。因而在进行集成系统设计时一定要先了解系统的需求是什么，采用何种工艺可达到最佳效果。比如同样是7nm的工艺，如果事先规划好设计产品效能可提升20%。

对于国内半导体产业的发展，建议一是建立三套完整的生态环境，分别针对高性能如电脑，低耗能如物联网和消费性产品如手机等的需求。它们工艺不一，可根据工艺完善相关的生态基础建设，政府应扶持产业建立相关标准，包括工艺、IP，从而让产业受益。二是加速后摩尔时代的布局，布局集成系统，开发集成系统的技术和建造所需的整体生态环境。如果集成系统是正确路径，大陆在集成系统优先布局，建立完整的生态环境，有望在后摩尔时代领先，在全球市场竞争中取胜。