集成电路产业效率跃升考验科学界 摩尔定律是否终结引热议

加州大学洛杉矶分校教授Jason C.S.Woo在发表主题演讲 图片来源：主办方供图

“我1978年进入大学学习半导体专业……见证了半导体40年来如何改变了人类社会，形成数字时代，但这40年来我老觉得有一个幽灵在徘徊——摩尔定律，它是什么意思？这个魔法什么时候失效？”

11月17日至18日，2018年未来科学大奖颁奖典礼暨F²科学峰会在北京举行，元禾华创投委会主席陈大同在“摩尔定律的终结”研讨会上作了如上开场白。1965年，英特尔创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出了一个至今仍对集成电路产业影响深远的定律，也就是摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

如今这一定律似乎离终点越来越近，集成电路产业未来将循着什么规律发展？“摩尔定律不会终结。”中科院微电子研究所所长叶甜春告诉《每日经济新闻》记者，即使现有规律将走向终点，但“变通”的摩尔定律将持续发展，比如目前业界形成共识的三维化叠加，以及未来材料上带来的可能性。

有科学家指出，摩尔定律并非物理学定律，是基于经济学基础的预测，而无论摩尔定律是否终结，都不意味着集成电路产业发展的停滞。“对摩尔定律来讲，下一个突破点是如何建立更多的性能，尤其是单位成本下的功能提高。”加州大学洛杉矶分校异质集成与性能进化中心主任Subramanian S.lyer表示。

芯片性能提升效率已越来越低

预测摩尔定律的终结已经不是第一次。陈大同介绍，早在32年前，业界公认摩尔定律顶多到0.1微米就会终止，但如今已经走到10纳米以下。

“摩尔定律不是物理定律，是具有经济学基础的一个定律。”加州大学洛杉矶分校教授Jason C.S.Woo介绍，当一个公司有效地整合资金和资源的时候，就会将其竞争对手甩在后面，加速尺寸的收缩，“英特尔就是这么做的，在2000年早期的时候，有很多做集成电路的，但很多人赶不上英特尔的速度”。

是什么在推动器件数量的增加，使得晶体管变得越来越复杂？Jason C.S.Woo表示是需求，“半导体或者消费行业对于晶体管产品的需求非常大，从销售量来看是一直攀升，以指数级的数量在增长。”而高营收与高研发投入则实现了良性循环，推动了技术的进步。

但摩尔定律的脚步正在放慢。Jason C.S.Woo介绍，自2010年起，器件数量的增长速度在放缓，至少功能放大的速度在放缓。

根据摩尔定律，在一定面积上增加器件数量，意味着器件需要不断收缩，但集成电路产业发展几十年后，器件的收缩以及收缩后的控制越来越难以做到。“我们用增加晶体管的方式来使芯片增加性能，这个效率已经越来越低，或者最终停止。”俄亥俄州立大学Robert M.Critchfield讲席教授张晓东表示。

对此，科学家们提出了不同的解决方法。Jason C.S.Woo认为，除了尺寸的极限外，也可以寻找其他的极限，比如可以寻找耗电量更低的技术。Subramanian S.lyer则提出，对于解决大数据时代电子产品的高性能与高效能之间的问题，一个是可以使用先进的封装技术，另一个是可以使用新颖的计算架构。

“大家经常开玩笑说，相对于半导体整体行业全部的投资，封装领域的投资比例很小，所以封装投资需要继续跟上，我们希望情况有所改变。”Subramanian S.lyer表示。

业界呼吁跨领域协同创新

“摩尔定律在过去50年起到了很大的作用，相当于一个共同的旋律，整个行业在共同的旋律下一起进步。我们如果喜欢跳舞，没有音乐就不跳了吗？我们可以跳啊。要么找到共同的旋律，要么找到自己喜欢的音乐分成小拨。”中科院院士刘明表示。

“现在摩尔定律的脚步在放慢，但在下一代的演进（目标）是多样化和丰富化。如果芯片的摩尔定律往后退一步，要求更多的智能设计和系统设计，也要推动下一步的发展。”Jason C.S.Woo介绍。

对于摩尔定律是否会终结，业界从不同的角度仍有诸多讨论，但已达成共识的是，摩尔定律的终结并不意味着集成电路不再发展。

中科院微电子研究所所长叶甜春指出，单位面积内增加更多的晶体管，一方面可以不断的缩小器件的大小，另一方面可以将晶体管做三维集成，另外，材料的进步对于集成电路产业的发展也非常重要。

除了从集成电路产业本身寻找突破点，科学家们还呼吁“不要把全部压力放在集成电路上”。“集成电路的性能以达到如此高密度的集成度，但潜力还远远没有发挥出来。就是说，我们芯片的集成度进度放缓，计算机领域更应该找到新的创新路径。”叶甜春表示。

叶甜春认为，如果摩尔定律可以不断地缩小芯片的尺寸，计算机从业者能不能把代码做得更简单一点？这样集成做起来就没有那么吃力，“我觉得未来有可能走到这一条路上。这是需要跨行业跨领域的协同创新。”