集成电路产业技术创新面临的两大壁垒

11月18日，“2020北京微电子国际研讨会暨IC WORLD学术会议”高峰论坛上，中国工程院院士吴汉明发表了题为《中国芯呼唤产业导向的技术支持》的演讲。

他提出，商业成功是检验技术创新的唯一标准，成套工艺是芯片技术水平的集中标志。后摩尔时代，产业技术发展趋缓，给了行业追赶者机会。要抓住机会，必须树立产业技术导向的科技文化，而非简单的成果应用。

“中国芯”产业注定艰难

据麦肯锡《中国与世界》报告，在光伏面板、高铁、数字支付系统、电动汽车等行业，中国企业本土市场份额超过90％。而在半导体行业，中国企业在国内和国际市场占据的份额都很小，而且高度依赖国外技术。

吴汉明指出，当前我国集成电路产业技术创新面临两大壁垒：一是战略性壁垒，二是产业性壁垒。从巴黎统筹委员会到瓦森纳协议，都在警示我国必须拥有相对可控的产业链，特别是对工艺、装备材料、设计IP核与EDA三大卡脖子制造环节进行重点突破，这就是中国“芯”面临的战略性壁垒。而集成电路产业链长、涉及领域宽的特点给中国集成电路突破政治壁垒带来极大挑战。产业壁垒方面，我国集成电路基础研究薄弱、产业技术储备匮乏，而世界龙头企业早期布置的知识产权给后来者的突围造成障碍。

他总结说： “‘中国芯’产业注定艰难，尤其芯片制造工艺，挑战极为严峻。”从芯片制造角度来看，硅单晶、制造工艺和封装三大环节中，80％的装备投入都在制造工艺环节，正是因为投资强度太大，投资回报慢，所以制造工艺是我国集成电路产业发展中最大的瓶颈。而芯片制造主要面临三大挑战：图形转移、新材料与工艺、良率提升。

趋缓的摩尔定律给追赶者机会

回顾过去60年摩尔定律所走过的道路，2013年以来，芯片性能、功耗等指标提升速度显著放缓，甚至达到饱和状态，其核心原因就是单个晶体管价格已经几乎无法下降，导致技术达到瓶颈。

据统计，2002年以前，晶体管性能平均每年提升约52％；2002年-2010年，平均每年提升约23％；2010年-2014年，每年提升仅约12％；而2014年-2018年，这一提升已经放缓至3.5％。吴汉明认为：“大概是从2012、2013年起，也就是28nm以后，就可以定义为后摩尔时代。而这一点给我们这些追赶者带来一些机会。”

以工艺节点为视角切入，从130nm到如今的14nm，我国芯片制造技术节点与世界先进水平差距呈现扩大趋势。

然而，2019年各工艺节点市场份额数据显示，7nm和10nm只占17％市场份额，83％市场属于10nm以上工艺节点。意味着相对成熟的工艺节点还有巨大的创新空间和市场潜力。

树立产业技术导向的科技文化

回顾近60年来我国集成电路产业发展历程，事实上我国第一块硅单晶诞生于1958年，比美国晚6年，比日本早2年；第一块硅集成电路诞生于1965年，比美国和日本分别晚7年和5年。但其后随着集成电路走向大规模产业化，我国与世界差距逐渐拉大。1996年我国实现年产6亿块硅集成电路，而美国在1972年、日本在1976年已经实现了这一生产规模，差距达到20年以上。

由此可见，我国科学技术发展中最薄弱的环节是产业技术。因此，吴汉明呼吁：“研究是手段，产业是目的。我们的研发一定要树立产业技术导向的科技文化，而不是简单的成果应用。”

他认为，商业成功是检验技术创新的唯一标准，成套工艺是芯片技术水平的集中标志。正如中国工程院院士李国杰所说：“实验室技术是单点突破，一俊遮百丑，而产业技术不能有明显短板……产业技术不是科研机构转化后的应用开发，而是引导科研的原始动力。”
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