面对自然法则极限 摩尔定律这根指挥棒还能挥舞

编者按 “十四五”规划和2035年远景目标纲要提出,要强化国家战略科技力量,加强原创性引领性科技攻关,其中特别提到集成电路领域的技术研究。

据此,本版推出集成电路系列报道,关注集成电路领域的最新进展和研究展望。

3月末,蔚来汽车宣布因芯片短缺暂停生产5天,这一公告引起社会热议。不仅是汽车,如今我们的生活已经离不开芯片,随着芯片在日常生活中占据的位置日益重要,其升级也受到越来越广泛的关注。

提到芯片的发展升级,就不得不提起大名鼎鼎的摩尔定律。1965年4月,《电子学》(Electronics)杂志上发表了一篇对电子行业进行预期的文章,提出微处理器运算能力每12到18个月提高一倍,或者说是芯片从设计到制造过程中,工艺进步使得集成度翻倍,成本减半。

摩尔定律提出50年后,提出者戈登·摩尔在接受采访时吐露心声:这只是一个大胆推测。“但后来这个推论不断驱动和主宰半导体行业的发展,我也就心安理得了。”

几十年来,一直有“摩尔定律不久就会失效”的声音,但时至今日,它仍颠扑不破。集成电路发展取得突破的新消息仍旧不断传来,继5纳米后,3纳米芯片已在量产途中。与其说戈登·摩尔做出了大胆的预测,不如说他给半导体行业做出了不断前进的“小目标”。

是预测,更是小目标

我们可以将集成电路想象成在硅片上的“微雕”,即在硅圆晶上雕刻亭台楼阁、立交路网甚至整个城市,只不过所用的“刻刀”是光。

为什么当下集成电路领域的少数企业能够形成垄断?例如光刻机荷兰阿斯麦尔独领风骚,芯片制程台积电一骑绝尘。

它们其实并不是一开始就领跑的。“日本的光刻机其实在这个行业里称霸了几十年,但当极紫外光刻到达某个程度,由于资金和人力成本投入太高,日本的产业做出了一个预判,花更大成本获得更高精度的芯片可能很难得到广泛的商业应用,因此对投入产出比的判断使他们放缓了对更高精度光刻机的研制。” 中国科学院微电子研究所研究员周玉梅告诉科技日报记者,而荷兰做光刻机的团队执着地认为技术能够一点点往前推进,在不断推进的过程中,一些大企业加入合作,如台积电即在前期进入、投入,共同研发。

合作使得新的技术极限很快获得突破。

正是由于半导体产业的不同位置的企业、团队的共同推进和成果共享,突破极限的芯片被成功应用,摩尔定律也因此可以继续向前推进。

虽然在推动半导体产业遵循摩尔定律的过程中,很多企业的投入成为“炮灰”,但从人类挑战微观世界极限的角度来看,它们非常值得尊重。

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