中科院院士毛军发：未来60年是集成系统时代 国产射频EDA软件和W波段毫米波雷达实现突破

（电子发烧友网报道 文/章鹰）8月18日，2022年世界半导体大会在南京国际博览中心盛大召开。2022年中国半导体产业面临增速下滑，在集成电路创新方面遭遇美国打压的外部环境下，如何从集成电路技术上把握国产替代最佳路径？中科院院士、深圳大学校长毛军发先生带来最前沿的思考和解析。

图1：中科院院士、深圳大学校长毛军发

中国集成电路落后三大原因

中科院院士、深圳大学校长毛军发认为，集成电路是一个国家综合科技实力乃至综合国力的反映，中国集成电路的先进技术长期受到西方封锁，产学研脱节都是落后的原因。

三个方面的落后尤为明显。一、EDA落后，主要体现是研究算法的较多，但是很零散，没有规划和集成，没有形成能力；二、装备落后，主要是整体能力和市场环境等多方面因素。三、器件和电路落后的原因，材料落后、工艺的稳定性不足，缺乏工匠精神。

从集成电路向集成系统转变！chiplet技术、封装天线技术都是集成系统技术代表

“IC发展有两大方向，一是延续摩尔定律，把晶体管做小，晶体管发展方向；第二个方向绕道摩尔定律，采用异质异构、集成系统等其他方式。我认为摩尔定律不能超越只能绕开它，今天讲的集成系统就是绕道摩尔定律路线之一。” 毛军发强调说。

图2：集成电路发展方向 电子发烧友拍摄

电子封装技术是实现集成系统的重要路径。封装是把外围元器件进行加固，原始封装功能起到固定、密封、保护功能比较简单。封装现在说成集成，把各种各样的芯片、元器件、传感器、天线集成在一起形成一个功能系统叫做集成。

以台积电主推的3D Fabric，特别是SoIC成功成为下一代芯片系统的主流技术，TSMC 3D Fabric SoIC，采用先进封装互联技术Hybrid Bonding，堆叠芯片互联间距可以小到亚微米，目前TSMC已经实现了使用3D Fabric技术完成的12层堆叠SoIC。毛军发指出，封装集成技术的中心正慢慢从传统后端封装移到前端半导体代工。集成电路（芯片）只是手段，微电子系统才是目的。摩尔定律面临原理、技术和成本等多方面挑战。

毛军发院士大胆预测，过去60年是集成电路IC（integrated Circuits,IC）的时代，可能未来60年将会是集成系统(integrated systems ,IS)的时代。他分析表示，集成系统是复杂微系统技术发展新途径，后摩尔时代集成电路发展新方向，也是中国半导体技术边道超车的新机遇。

“集成系统技术，很早就有。小芯片技术将单一先进工艺的大芯片分解成多个特征模块，每个模块（小芯片）用各自最适合的工艺实现，体现了集成系统思想。小芯片技术与SoC你想思维，SoIC则是把多个Chiplet以3D堆叠集成；二、封装天线（AiP）技术，AiP是指在包含无线芯片的封装结构中实现的天线，相比普通分立天线，AiP具有更好的系统性能，更小的PCB面积，更低成本和更短的研发周期；三、多功能无源元件技术。射频电路，芯片外围大量的无源元件，占整个面积的80%，怎么这些元件做小是工程师头疼问题，上海交大做出元件，它有6种功能，过去需要6个元件现在只要1个元件就可以实现。” 毛军发揭示了三大集成系统技术应用。

异质集成的五大挑战

美国对异质集成非常重视，希望异质集成性能再提高100倍，功耗成本再下降1%。欧洲、韩国、日本都有相应的后摩尔时代发展计划，这些重点之一就是异质集成。据悉，在国际研究当中，3D与异质集成电路集成有了显著进展，包括IBM异质集成电路集成了逻辑、存储、射频、光电子和传感电路，英特尔的3D封装集成，TSMC的3D堆叠技术应用于智能手机芯片。

毛军发指出，异质集成面临很多问题。关键问题一、我们需要把整个系统功能进行定义和剖分；二、自动化、智能化协同设计，刚才所讲的需要综合考虑电、热、用力，另外有源、无源多功能也需要协同，所以需要协同问题越来越多。三、异质集成界面生成与工艺量化调控机理异质集成它的不同材料，它的膨胀系数不一样，温度升高会发生硬力扭曲，会影响整个系统的一些性能和功能。四、射频无源天线小型化是一个大问题。五、集成系统的可测性原理。

国产射频电路EDA软件突破！W波段毫米波雷达性能优于海外产品！

毛军发院士表示，他们与芯和半导体科技(上海)有限公司开展合作，共发布48款国产射频EDA商用软件工具，500种高精度PDK模型，而且他们与中芯国际工艺兼容的集成无源器件IP库，已经量产3.5亿颗，基本实现了无源射频集成电路EDA工具自主可控。现在，这套合作研制的系列国产射频EDA商用软件，用于半导体、航空航天、雷达、通信、汽车等行业客户200家，系统用户包括中兴、华为、联想、富士康、华兰、中电、中航等众多公司，而且已经实现对Cisco、Intel、IBM、Apple等国际著名公司的出口。

在W波段异质集成片上雷达项目，毛军发院士分享了最新的进展。他带领的团队已经在今年研制出W波段异质集成片上雷达，集成了W波段SiGe芯片、GaN功放芯片、Si基X波段锁相环，滤波、耦合、公分等无源元件，5月份团队已经将相关研究结果在半导体技术国际最有名刊物JSSC，这也是大陆在电子封装领域，在JSSC上发表第一篇论文。W波段毫米波雷达性能显著比国外产品高。

毛军发认为，W波段毫米波雷达跟国际上近两年相同频率雷达的性能对比，很多指标都是领先的，这个领先原因是异质集成，海外产品采用同质集成，我们把优点发挥出来。

毛军发表示，基于异质集成技术实现生物医学雷达传感器产品开发，毫米波非接触、非侵入式生理信息（心跳、呼吸、脉搏、血压等）探测，实现对心血管疾病的监测和早筛。在演讲的最后，毛军发寄语中国半导体产业抓住历史机遇，从集成电路走向系统集成新的方向进行跨越和变革，实现从芯片集成到集成系统的跨越。

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