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在可能被称作“后摩尔定律”的时代,芯片和半导体设备制造商走到了十字路口。

按照著名的摩尔定律,过去四十年里半导体产业无情地追求等比例缩减,这在未来将会成为一个非常难实现的目标。

但在日前(July 15-17)Semicon West设备展上,出现了一些不同的声音,看来是到了重新考虑等比例缩减,并想出其他增加半导体器件价值方法的时候了。

尽管Intel和IBM这样领先的IC制造商仍然遵循摩尔定律(Intel已经部分超越了其创始人Gordon Moore的等比例缩减公式),但它们也都开始着手考虑缩减极限的问题。这一极限不仅是技术上的,同时也是经济上的。

在Semicon West上,芯片制造商面临着无情的市场压力,生产工具需要将晶体管栅极的物理长度降低至22纳米,工业界巨头们发出了一致的声音:虽然还在追求尺寸更小、密度更高的器件,但仅仅为了等比例缩减而继续微缩已经没有意义了。

“一直以来都是经济原因在推动,”IBM系统与技术集团CTO及IBM fellow Bernie Meyerson介绍说。

“摩尔定律表明,每12到18个月需要将芯片的密度加倍[为了实现等比例缩减]:这其实是经济问题,而不是技术问题。”

现在进行等比例缩减的代价变得非常高,尺寸已经接近单个原子,而原子无法缩减。这些事实正促使工业界开始考虑“超越CMOS,”仅仅是因为“进一步缩减会引起更大的功耗,[器件]会更加昂贵并且运行更慢,”Meyerson说。

因此工具供应商开始寻找其他方案。作为提升芯片价值的一部分,出现了像用于三维封装的穿透硅通孔(TSV)制造工具。

微机电系统(MEMS)也在考虑范围。“化合物半导体、TSV和MEMS是可以实现量产的最新技术,这些都受到消费类电子产品驱动,”Aviza Technology的总裁兼CEO Jerry Cutini介绍说。

三个驱动力

Intel Corp.移动集团副总裁兼系统级芯片实现集团总经理Gadi Singer在其主题演讲中认为,摩尔定律是一个鲜活的有机组织,每隔一段时间就需要进行更新,但其本质是相关的。“有三个驱动力推动芯片的增长——互联网、互连和摩尔定律,”他这样介绍。

Singer提到一类新的智能化、柔性、质轻并简单的消费产品就是这三个驱动力的直接结果——可能集成在手持设备中的系统,拥有十亿移动互联网用户。“目前互联网都是固定用户,”他说。“从现在开始五年内,这些人都将成为移动用户的重要组成部分——我们已经在像Apple的iPhone,以及Nokia和Samsung的最新手机中看到了这一趋势。”

Singer提醒听众“从开始研发到进入量产新技术通常需要十年时间。我们现在正处在这样一个十年循环的中期,将要提供高度个性化的消费电子产品,需要在低功耗工作并可处理大量的数据传输,这些对Web的上下链路都很重要。”

Singer还指出了“千禧年一代”的社会现象——诞生于1980年代的年轻用户(80后)——他们通过像YouTube这样的网络平台共享他们的生活,并且他们通过互联网上载他们的经历。“作为两个孩子的家长,我并不认为这样的共享是完全正确的,然而,这种现象确实存在并会增长下去,”他这样说。

Singer认为生产下一代智能IC的关键在于合作。向处理器模块中加入功能模块将使系统级芯片通过模拟界面与外界世界连接,而无线电路则使其“可以连接”。这是实现新“超越摩尔定律”系统芯片的一个途径。

下一个机会

感谢全球计算机市场的强劲需求、其战略性R&D投资、制造工艺改进和良好的执行力,Intel可以尽享当前商业战略的果实,然而像Singer这样的高层管理人员已经开始寻找下一个机会。

“如果我们的Atom芯片已经是一个成熟的设计了,在1-GHz运行时功耗仅是前代处理器的十分之一,”他说。“未来的处理器将在板上集成Centrino无线电路。”并且会向“要求合作”的方向发展,Singer这样介绍。

IBM的Meyerson也强调了预研性的R&D。“我们必须站在历史的角度考虑所有的挑战,并为更好地开发新技术而进行合作,”他说。

Meyerson指的是大量与工业界、学术界和政府合作的研发联盟,其中IBM起到核心的作用,这些联盟包括最近刚刚公布的$1.5 billion投资,旨在纽约进行“超越CMOS”的技术研究。该州投入了另外$140 million。该计划将与University of Albany的College of Nanoscale Science Engineering和Rensselaer Polytechnic Institute合作,共同打造一个半导体封装中心。

预研性的合作也是升级版2008年国际半导体技术蓝图一整天公开会议之后的议题。12月初在韩国首尔通过终稿后,ITRS 2008升级版将在当月月底在线发布。

预研的苦恼

ITRS会议上最后一个小组讨论的题目是“价值链能跟得上发展蓝图么?”,主席是Semiconductor Industry Association的总裁George Scalise,他号召代工厂、器件制造商和EDA工具提供商进行合作。“对我来说如果从惊人的成本角度考虑,预研性的R&D非常必要。但如何才能实现呢?”他提出了这一问题。

位于比利时Leuven的IMEC可能是目前世界上最成功的研究联盟,其首席运营官Luc Van den Hove也参与了这个主题讨论。“我们建立了集中的研发平台可以与各成员共享,他们可以各取所需,在他们各自的领域中进行竞争开发,”他介绍说。

在Semicon West上,IMEC宣布Qualcomm加入了其3-D集成项目。该技术研究项目聚焦于三维晶圆级封装和3-D叠层IC,并提供深入的技术优势、成本、挑战和解决方案内容。该项目还包括三维设计领域IP和工具的开发和演示。

“我们与IMEC展开合作,是因为他们在研究和技术上的专业知识可以帮助我们在产品中加速实施3-D设计,” Qualcomm CDMA部门的资深副总裁和总经理Jim Clifford这样介绍。IMEC 3-D集成项目的其他合作伙伴是Amkor, Infineon, Intel, Micron, NEC, NXP, Panasonic, Qimonda, Samsung, STMicroelectronics, Texas Instruments和TSMC。

三维系统级封装设计“并没有完全搞清楚,”Xilinx Inc.的副总裁和首席技术官Ivo Bolsens说。“与其他人在R&D上合作是好事情。”

LSI Logic Corp.的执行副总裁和首席技术官Claudine Simson向代工厂和EDA工具供应商在另一个合作话题上提出了挑战:“开放你们的工具和模拟流程,这样我们这些器件制造商才能更快地生产我们的芯片。”

她号召对前端设计和fab-to-fab交互操作性感兴趣的所有关联方之间展开合作。“如果整个工业界不开放那些可以提高我们总体产率的IP,那么合作将不会有什么效果,”Simson这样认为。她的看法得到了代工厂Jazz Semiconductor的主席兼CEO Gil Amelio得响应。“我们必须清除供应链上的冗余,并且我们需要分享这些经验,”他说。“实现这一点,我们需要在共同R&D计划上明智地运用资金,之后针对客户的需求对产品进行区分。”

当然,Amelio并不是要让出公司皇冠上的宝石:“我们在锗硅领域拥有很多很多的专利,我们花了很多钱来开发这些IP,我们很珍视并且并不会轻易共享,”他说。

EDA工具供应商Mentor Graphics Corp.的主席兼CEO Walden Rhines也同意这一点,认为共享独立开发的知识产权比较困难。“我认为推动的力量将来自IP供应商,当他们变得更强时,就会作为客户强迫代工厂与之合作。ARM已经在这么做了,”Rhines说。


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