ISSCC（國(guó)際固態(tài)電子電路大會(huì)）是半導(dǎo)體電路的盛會(huì)。2017年的ISSCC已經(jīng)落下帷幕，本文將就今年ISSCC主題演講（Plenary Talks）上展現(xiàn)出來的趨勢(shì)做一些分析。

大趨勢(shì)

今年ISSCC的主題是Intelligent Chips for A Smart World，從中可以鮮明地看出兩個(gè)技術(shù)潮流，即物聯(lián)網(wǎng)和人工智能。在物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的應(yīng)用中，集成電路起著不可替代的作用，可以說是集成電路發(fā)展的方向。

從會(huì)議主題中，我們也可以看到一些更深層次的東西，即半導(dǎo)體電路發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)而非技術(shù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代。在過去，摩爾定律仍然很強(qiáng)大的時(shí)候，半導(dǎo)體行業(yè)可以說是技術(shù)驅(qū)動(dòng)，換句話說是先把使用下一代工藝的更快、性能更好的芯片做出來，再去看看有什么應(yīng)用可以用到這些新的技術(shù)，甚至是開創(chuàng)、挖掘新的應(yīng)用。然而，隨著摩爾式的指數(shù)發(fā)展慢慢接近飽和，目前的半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)是應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，即先看準(zhǔn)一個(gè)已經(jīng)有的應(yīng)用，再去針對(duì)該應(yīng)用開發(fā)芯片產(chǎn)品。ISSCC的主題也從“芯片使xxx成為可能”變成了“針對(duì)xxx的新芯片”。這樣的轉(zhuǎn)折，值得大家深思。

Plenary Talks上大咖都說了什么

今年的Plenary Talks（ISSCC會(huì)議的第一個(gè)議程，會(huì)邀請(qǐng)業(yè)界最頂尖的人物做主題演講），主題都與摩爾定律以及應(yīng)用驅(qū)動(dòng)或多或少有關(guān)。

臺(tái)積電負(fù)責(zé)研發(fā)部門的副總Cliff Hou第一個(gè)登臺(tái)演講，內(nèi)容是關(guān)于臺(tái)積電的工藝如何在摩爾定律飽和的時(shí)代繼續(xù)發(fā)展。Cliff認(rèn)為，半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)在目前需要新的設(shè)計(jì)范式，該范式包括四個(gè)要點(diǎn)，包括克服先進(jìn)工藝非理想型的新方法，底層與頂層協(xié)同優(yōu)化，針對(duì)特定應(yīng)用的定制化（即本文之前提到的“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”），以及使用新的電路／EDA技術(shù)。

在技術(shù)方面，Cliff著重提及了封裝技術(shù)（3D／2.5D封裝）。有趣的是，Cliff提到機(jī)器學(xué)習(xí)也可以幫助先進(jìn)制程下的芯片設(shè)計(jì)，可見人工智能已經(jīng)無所不在。

第二個(gè)演講者是來自TI的CTO Ahmad Bahai，Ahmad指出之前的半導(dǎo)體市場(chǎng)總是圍繞一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用（如上世紀(jì)90年代的PC，本世紀(jì)初的互聯(lián)網(wǎng)，以及前幾年的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等等）。

目前摩爾定律的發(fā)展已經(jīng)接近飽和，新工藝造價(jià)太貴，最后只有大公司才能享受最新的工藝節(jié)點(diǎn)，因此半導(dǎo)體行業(yè)的繁榮必須靠多元化的應(yīng)用和市場(chǎng)才行。

Ahmad認(rèn)為，之前大家一窩蜂用最新工藝的時(shí)代已經(jīng)過去了。不同于之前無腦用最新工藝在熱門市場(chǎng)上拼芯片性能，半導(dǎo)體廠商應(yīng)該努力在不同的應(yīng)用上下功夫，針對(duì)多樣化的應(yīng)用使用最合適的工藝開發(fā)芯片產(chǎn)品?？梢姡珹hmad也認(rèn)同目前半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的階段。

第三個(gè)演講者是來自耶魯醫(yī)學(xué)院的Jonathan Rothberg，主題是DNA測(cè)序芯片的發(fā)展。眾所周知，DNA測(cè)序可以給人類帶來巨大的改變，它可以用在診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、制藥等等方面。隨著DNA測(cè)序的發(fā)展，醫(yī)療也會(huì)進(jìn)入個(gè)性化精確醫(yī)療時(shí)代，即根據(jù)每個(gè)人不同的基因測(cè)序結(jié)果制訂最有效的疾病預(yù)防和治療方案。事關(guān)人類的福祉，DNA測(cè)序?qū)?huì)是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。

目前，DNA測(cè)序的主要瓶頸是速度以及成本。DNA測(cè)序芯片是典型的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，該市場(chǎng)目前還是一片藍(lán)海，隨著各大廠商的慢慢進(jìn)入，DNA測(cè)序所需的成本會(huì)越來越低，時(shí)間則會(huì)越來越短。當(dāng)DNA測(cè)序的成本小于1000美元，所需時(shí)間小于24小時(shí)后，預(yù)計(jì)DNA測(cè)序?qū)?huì)得到普及，而市場(chǎng)也會(huì)真正打開。而Jonathan本人創(chuàng)立的公司早已經(jīng)在基因測(cè)序方面布局，通過結(jié)合芯片產(chǎn)品、云服務(wù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)提供全套服務(wù)，而Jonathan本人也因此登上了《福布斯》雜志的封面。Jonathan更是用研發(fā)的DNA測(cè)序芯片為Gordon Moore（摩爾定律的提出者）做了一次基因測(cè)序，可謂是生物醫(yī)學(xué)與半導(dǎo)體行業(yè)聯(lián)姻的一個(gè)標(biāo)志。

最后，來自荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Lieven Vandersypen介紹了量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r。隨著摩爾定律接近飽和，計(jì)算機(jī)計(jì)算能力每18個(gè)月翻倍的規(guī)律也很難延續(xù)。為了繼續(xù)延續(xù)計(jì)算能力的發(fā)展，科學(xué)家們提出了“超越摩爾”（Beyond Moore）的方案，即使用CMOS之外的新器件來進(jìn)行高性能計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)可以算是Beyond Moore的一個(gè)典型例子。量子計(jì)算機(jī)使用量子位（Qubit）來記錄信息，其計(jì)算效率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越目前的電子計(jì)算機(jī)，因此Lieven認(rèn)為就計(jì)算能力而言量子計(jì)算機(jī)之于目前的電子計(jì)算機(jī)就相當(dāng)于電子計(jì)算機(jī)之于古代的算盤。

然而，如何控制量子計(jì)算單元是一個(gè)難題。目前，科學(xué)家們已經(jīng)可以做到把量子計(jì)算單元與傳統(tǒng)的電子電路集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)用電子電路完成控制，而用量子單元完成計(jì)算。

正因?yàn)榱孔佑?jì)算與電子行業(yè)密不可分，量子計(jì)算的發(fā)展除了需要物理學(xué)家的努力以外，還需要電子工程師的幫助。Lieven希望，隨著量子計(jì)算在ISSCC上的亮相，之后量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以得到更多來自半導(dǎo)體行業(yè)的幫助，從而早日實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

結(jié)語

ISSCC 2017上的主題演講清楚地告訴我們，隨著摩爾定律發(fā)展趨于飽和，半導(dǎo)體業(yè)界已經(jīng)從之前的追求More Moore（進(jìn)一步激進(jìn)地縮小晶體管尺寸）轉(zhuǎn)向到了More than Moore（針對(duì)不同的應(yīng)用開發(fā)專用新半導(dǎo)體電路系統(tǒng)）以及Beyond Moore（開發(fā)新的器件以及計(jì)算范式）。其中，More than Moore以及相應(yīng)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)更是重中之重，將會(huì)深刻地影響半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展方向。