8月18日，2022世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會召開，中國科學院院士、深圳大學校長毛軍發(fā)提出了未來60年是集成系統(tǒng)的時代。

目前，集成電路將晶體管、電阻、電容和電感等元器件及互連線制作在一塊小半導體晶片或介質基片上，形成具有預期功能的電路。所有元器件在結構上已經組成一個整體，使電路向著高密度、大規(guī)模、小型化、低功耗和高可靠性方向發(fā)展。

毛軍發(fā)院士提到，集成電路是我國被卡脖子的痛點。2021年中國進口集成電路價值達到4300億美元，而同年石油進口價值則為2500億美元，并且高端芯片基本依賴進口。

集成電路是一個國家綜合科技實力乃至國力的反映。中國集成電路落后是多種因素影響的，包括先進技術受西方封鎖、瞻前顧后、產學研脫節(jié)等因素。

舉例來說，EDA落后的原因在于研究的算法較多，但很零散、沒有規(guī)劃、集成，沒有形成能力；大型軟件工程能力較弱，經驗較少；用戶不愿意用國產軟件工具，形成惡性循環(huán)。裝備落后是由于整體能力和市場環(huán)境等多方面因素影響的，而材料和電路的落后主要因為工藝精細度、穩(wěn)定性不足等因素。

集成電路有兩個發(fā)展方向，延續(xù)摩爾定律和繞道摩爾定律。而集成系統(tǒng)就是一種繞道摩爾定律的方式。

電子封裝集成技術是將各種芯片、傳感器、元器件、天線等集成為一個具有預期功能的系統(tǒng)。但世界上封裝技術超過1000種，沒有一個工程師能夠完全掌握所有封裝技術。并且，封裝方面，集成電路前道設計加工與后道封裝逐步收斂融合。臺積電推出的3D Fabric的SOIC，采用最先進封裝互聯技術，堆疊芯片間互連間距可以小到亞微米，如果臺積電主推的3D Fabric，那么臺積電將會在半導體行業(yè)更加強勢，而大陸本來代工較弱，封裝較強的局面會變成代工和封裝都落后。

毛軍發(fā)院士提出了集成系統(tǒng)概念。提出集成系統(tǒng)是出于三個考慮，第一，集成電路（芯片）只是手段，微電子系統(tǒng)才是目的；第二，摩爾定律面臨原理、技術與成本多方面的挑戰(zhàn)；第三，集成電路的前道設計設計加工與后道封裝集成逐步收斂融合。

毛軍發(fā)院士認為，過去60年是集成電路（IC）的時代；未來60年是集成系統(tǒng)（IS）的時代。

集成系統(tǒng)是將各種芯片、傳感器、元器件、天線、互連線等制作再一個基板上，形成具有預期功能的系統(tǒng)。所有芯片與元器件在結構上組成一個整體，使系統(tǒng)高密度、小型化、強功能、低功耗、低成本、高可靠、易設計、易制作。

集成系統(tǒng)的區(qū)別是從系統(tǒng)角度進行一體化設計制造，只將芯片看作為系統(tǒng)的一種部件，可以借鑒芯片研發(fā)的多種思想技術。并且，其出現將提高系統(tǒng)的設計效率和綜合性能，減少系統(tǒng)成本，增加其可靠性，降低對芯片設計以及設備的要求。

因此，集成系統(tǒng)是復雜微電子系統(tǒng)集成技術發(fā)展新途徑。概念是新提出的，但技術是之前就有的。毛軍發(fā)院士介紹了四個技術。

第一個是小芯片技術。將單一先進工藝的大芯片分解成多個特征模塊，每個模塊小芯片用各自最適合工藝實現，體現了集成系統(tǒng)思想。

第二個是封裝中天線AiP技術。AiP是指包含無線芯片的封裝結構中實現的天線。相比于普通分立天線，AiP具有更好的系統(tǒng)性能，更小的PCB面積，更低的成本，以及更短的研發(fā)周期。

第三個是多功能無源元件技術。電子系統(tǒng)中包含大量的無源元件，不同功能元件、天線級聯需要大量轉接，引入額外損耗和體積。而多功能無源元件技術是將多種元件結合為協同設計的多功能元件，顯著減少系統(tǒng)所需元件和轉接個數，降低插損，實現小型化。

第四個是半導體異質集成。將不同工藝節(jié)點的化合物半導體高性能或芯片、硅基低成本高集成器件或芯片，與無源元件或天線，通過異質鍵合或外延生長等當時集成而實現集成電路或系統(tǒng)的技術。

國外方面，2018年1月，美國啟動聯合大學微電子計劃；同年7月，美國啟動電子復興計劃，這兩項的重點都是異質集成。于此同時，歐盟面向下一代高性能CMOS SoC的III－V族納米線半導體集成技術計劃；日本、韓國、新加坡和我國臺灣地區(qū)都有異質集成相關研究計劃。國內方面，上海交通大學、中電集團、中科院、長電科技等展開了系統(tǒng)封裝研究。

毛軍發(fā)院士提出了集成系統(tǒng)發(fā)展的趨勢與面臨的挑戰(zhàn)。集成系統(tǒng)將朝著集成度、工作速度不斷提高，電、光、機一體的趨勢發(fā)展。但目前在多物理體調控、多性能協同、多材質融合方面仍存在挑戰(zhàn)。

第一個關鍵科技問題是，集成系統(tǒng)體系架構。界定集成系統(tǒng)的功能與性能，并進行結構分解；芯片及各類元器件種類的確定，集成工藝選擇；集成系統(tǒng)的布局，互連方式與標準。

第二個關鍵科技問題是，自動化智能化協同設計。電磁、熱、應力多物理協調設計需要提高設計自動化智能化水平。

第三個關鍵問題是，異質界面生成與工藝量化調控機理。集成系統(tǒng)工藝參數調整受制于電、熱、應力多物理場特性，必須認識其內在關系，掌握工藝量化設計與優(yōu)化機理。

第四個關鍵問題是，無源元件、天線小型化。無源元件最多可以占射頻電子系統(tǒng)元件總數的90％，系統(tǒng)總面積的80％，面積、工藝與芯片差異大，無源元件的小型化與集成對整個射頻系統(tǒng)至關重要。

第五個關鍵問題是，集成系統(tǒng)的可測性原理。多種材料、工藝的元器件、天線、芯片三維高密度集成，微米間距，高頻高速工作。

目前，毛軍發(fā)院士團隊合作研制出首套及系列國產射頻EDA商用軟件，48款國產射頻EDA商用軟件工具，500種高精度PDK模型，與中芯國際工藝兼容的集成無源器件IP庫，已量產3．5億顆。其軟件目前已被展訊、海思、中興等企業(yè)應用，并且出口英特爾、IBM、蘋果等國際著名公司。

此外，毛軍發(fā)院士還研發(fā)基于硅基MEMS和BCB異質鍵合工藝流程，垂直通孔損耗0．1dB＠94GHz；W波段異質集成片上雷達；非侵入式生命體征探測毫米波雷達。

演講最后，毛軍發(fā)院士表示，摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn)，轉折點臨近，半導體技術將從電路集成走向系統(tǒng)集成的發(fā)展新路徑，為我國半導體發(fā)展提供歷史機遇。

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