8月18日，2022世界半導(dǎo)體大會(huì)暨南京國(guó)際半導(dǎo)體博覽會(huì)召開(kāi)，中國(guó)科學(xué)院院士、深圳大學(xué)校長(zhǎng)毛軍發(fā)提出了未來(lái)60年是集成系統(tǒng)的時(shí)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(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，形成具有預(yù)期功能的電路。所有元器件在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)組成一個(gè)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(guó)被卡脖子的痛點(diǎn)。2021年中國(guó)進(jìn)口集成電路價(jià)值達(dá)到4300億美元，而同年石油進(jìn)口價(jià)值則為2500億美元，并且高端芯片基本依賴進(jìn)口。

集成電路是一個(gè)國(guó)家綜合科技實(shí)力乃至國(guó)力的反映。中國(guó)集成電路落后是多種因素影響的，包括先進(jìn)技術(shù)受西方封鎖、瞻前顧后、產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)等因素。

舉例來(lái)說(shuō)，EDA落后的原因在于研究的算法較多，但很零散、沒(méi)有規(guī)劃、集成，沒(méi)有形成能力；大型軟件工程能力較弱，經(jīng)驗(yàn)較少；用戶不愿意用國(guó)產(chǎn)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(chǎng)環(huán)境等多方面因素影響的，而材料和電路的落后主要因?yàn)楣に嚲?xì)度、穩(wěn)定性不足等因素。

集成電路有兩個(gè)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(shù)是將各種芯片、傳感器、元器件、天線等集成為一個(gè)具有預(yù)期功能的系統(tǒng)。但世界上封裝技術(shù)超過(guò)1000種，沒(méi)有一個(gè)工程師能夠完全掌握所有封裝技術(shù)。并且，封裝方面，集成電路前道設(shè)計(jì)加工與后道封裝逐步收斂融合。臺(tái)積電推出的3D Fabric的SOIC，采用最先進(jìn)封裝互聯(lián)技術(shù)，堆疊芯片間互連間距可以小到亞微米，如果臺(tái)積電主推的3D Fabric，那么臺(tái)積電將會(huì)在半導(dǎo)體行業(yè)更加強(qiáng)勢(shì)，而大陸本來(lái)代工較弱，封裝較強(qiáng)的局面會(huì)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(gè)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(shù)與成本多方面的挑戰(zhàn)；第三，集成電路的前道設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)加工與后道封裝集成逐步收斂融合。

毛軍發(fā)院士認(rèn)為，過(guò)去60年是集成電路（IC）的時(shí)代；未來(lái)60年是集成系統(tǒng)（IS）的時(shí)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(gè)基板上，形成具有預(yù)期功能的系統(tǒng)。所有芯片與元器件在結(jié)構(gòu)上組成一個(gè)整體，使系統(tǒng)高密度、小型化、強(qiáng)功能、低功耗、低成本、高可靠、易設(shè)計(jì)、易制作。

集成系統(tǒng)的區(qū)別是從系統(tǒng)角度進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)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(shù)。并且，其出現(xiàn)將提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率和綜合性能，減少系統(tǒng)成本，增加其可靠性，降低對(duì)芯片設(shè)計(jì)以及設(shè)備的要求。

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

第一個(gè)是小芯片技術(shù)。將單一先進(jìn)工藝的大芯片分解成多個(gè)特征模塊，每個(gè)模塊小芯片用各自最適合工藝實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了集成系統(tǒng)思想。

第二個(gè)是封裝中天線AiP技術(shù)。AiP是指包含無(wú)線芯片的封裝結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)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(gè)是多功能無(wú)源元件技術(shù)。電子系統(tǒng)中包含大量的無(wú)源元件，不同功能元件、天線級(jí)聯(lián)需要大量轉(zhuǎn)接，引入額外損耗和體積。而多功能無(wú)源元件技術(shù)是將多種元件結(jié)合為協(xié)同設(shè)計(jì)的多功能元件，顯著減少系統(tǒng)所需元件和轉(zhuǎn)接個(gè)數(shù)，降低插損，實(shí)現(xiàn)小型化。

第四個(gè)是半導(dǎo)體異質(zhì)集成。將不同工藝節(jié)點(diǎn)的化合物半導(dǎo)體高性能或芯片、硅基低成本高集成器件或芯片，與無(wú)源元件或天線，通過(guò)異質(zhì)鍵合或外延生長(zhǎng)等當(dāng)時(shí)集成而實(shí)現(xiàn)集成電路或系統(tǒng)的技術(shù)。

國(guó)外方面，2018年1月，美國(guó)啟動(dòng)聯(lián)合大學(xué)微電子計(jì)劃；同年7月，美國(guó)啟動(dòng)電子復(fù)興計(jì)劃，這兩項(xiàng)的重點(diǎn)都是異質(zhì)集成。于此同時(shí)，歐盟面向下一代高性能CMOS SoC的III－V族納米線半導(dǎo)體集成技術(shù)計(jì)劃；日本、韓國(guó)、新加坡和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)都有異質(zhì)集成相關(guān)研究計(jì)劃。國(guó)內(nèi)方面，上海交通大學(xué)、中電集團(tuán)、中科院、長(zhǎng)電科技等展開(kāi)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(shì)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(jī)一體的趨勢(shì)發(fā)展。但目前在多物理體調(diào)控、多性能協(xié)同、多材質(zhì)融合方面仍存在挑戰(zhàn)。

第一個(gè)關(guān)鍵科技問(wèn)題是，集成系統(tǒng)體系架構(gòu)。界定集成系統(tǒng)的功能與性能，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)。

第二個(gè)關(guān)鍵科技問(wèn)題是，自動(dòng)化智能化協(xié)同設(shè)計(jì)。電磁、熱、應(yīng)力多物理協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)需要提高設(shè)計(jì)自動(dòng)化智能化水平。

第三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，異質(zhì)界面生成與工藝量化調(diào)控機(jī)理。集成系統(tǒng)工藝參數(shù)調(diào)整受制于電、熱、應(yīng)力多物理場(chǎng)特性，必須認(rèn)識(shí)其內(nèi)在關(guān)系，掌握工藝量化設(shè)計(jì)與優(yōu)化機(jī)理。

第四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，無(wú)源元件、天線小型化。無(wú)源元件最多可以占射頻電子系統(tǒng)元件總數(shù)的90％，系統(tǒng)總面積的80％，面積、工藝與芯片差異大，無(wú)源元件的小型化與集成對(duì)整個(gè)射頻系統(tǒng)至關(guān)重要。

第五個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，集成系統(tǒng)的可測(cè)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(tuán)隊(duì)合作研制出首套及系列國(guó)產(chǎn)射頻EDA商用軟件，48款國(guó)產(chǎn)射頻EDA商用軟件工具，500種高精度PDK模型，與中芯國(guó)際工藝兼容的集成無(wú)源器件IP庫(kù)，已量產(chǎn)3．5億顆。其軟件目前已被展訊、海思、中興等企業(yè)應(yīng)用，并且出口英特爾、IBM、蘋果等國(guó)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(zhì)鍵合工藝流程，垂直通孔損耗0．1dB＠94GHz；W波段異質(zhì)集成片上雷達(dá)；非侵入式生命體征探測(cè)毫米波雷達(dá)。

演講最后，毛軍發(fā)院士表示，摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)臨近，半導(dǎo)體技術(shù)將從電路集成走向系統(tǒng)集成的發(fā)展新路徑，為我國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展提供歷史機(jī)遇。

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