摩尔定律|异构集成已成“未来之选”，然后呢…… 半导体|英特尔|集成电路

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【摩尔定律|异构集成已成“未来之选”，然后呢……】编者按：过去的半个多世纪，半导体行业一直遵循摩尔定律的轨迹高速发展，如今单纯靠提升工艺来提升芯片性能的方法已经无法充分满足时代的需求，半导体行业也逐步进入了“后摩尔时代”。后摩尔时代的来临，给中国集成电路产业发展带来新的发展机会，《中国电子报》从即日起推出“探寻后摩尔时代集成电路的颠覆性技术”系列报道，对集成电路潜在颠覆性技术进行梳理，探讨每一项技术的发展现状、产业难题、未来前景。敬请关注。
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异构集成正在成为后摩尔时代，延续半导体技术的主流发展方向。异构集成或将成为未来30年系统级芯片的主流技术，集成电路有望进入异构集成时代。但中国科学院院士毛军发告诉采访人员，发展异构集成要打破集成电路传统“路”的思维，还有很长的路要走。
绕道摩尔定律的重要途径
目前正处于数字经济蓬勃发展的时代，高性能计算、云计算和虚拟化、大数据分析等应用快速发展。这一系列的应用场景也会给处理器带来非常大的工作负载，需要强大算力的支撑。
AMD全球高级副总裁、大中华区总裁潘晓明告诉采访人员，在半导体设计的黄金时代，人们可以通过工艺的进步，降低每个晶体管的成本，同时得到性能的提升。然而现在每进入一个新的节点，都需要更长的时间才能保证工艺的成熟和稳定，新工艺的成本又在显著增加。这就为人们带来新的挑战，需要探讨在其他方面做出更多的创新，才能进一步提升处理器性能和算力。异构集成正在成为提升芯片算力的重要发展方向。
那么，什么是异构集成呢？英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强指出，异构集成是将不同工艺架构、不同指令集、不同功能的硬件组合成一个计算系统。同时，异构集成也是芯片、封装、系统、软件的协同。它不是单一的技术点，而是多技术点的综合，涉及器件、设计、软件算法等的融合，以实现一个高效的异构系统。
摩尔定律实际上已经成为半导体产业的一面旗帜，但是人们必须摆脱对工艺节点微缩的痴迷才能推动半导体技术持续演进。
对此，毛军发指出，现在的半导体技术主要有两条发展路线：延续摩尔定律和绕道摩尔定律。当延续摩尔定律面临一系列极限挑战，包括物理原理极限、技术手段极限和经济成本极限的时候，绕道摩尔定律就是一种可行的发展方式。而异构集成电路就是绕道摩尔定律的重要途径之一。
毛军发强调，研究半导体异构集成的科学意义也很显著，可以通过集成电路从目前单一同质工艺向多种异质工艺集成方向发展，从目前二维平面集成向三维立体集成方向发展，从而实现高性能的复杂系统。
毛军发认为，异构集成的特点很突出。一是它可以融合不同半导体材料、工艺、结构和元器件；二是采用系统设计理念；三是应用先进技术比如IP和小芯片（Chiplet），具有2.5维或3维高密度结构。因而使得异构集成芯片可以实现强大且复杂的功能，突破单一半导体工艺的性能极限；同时具有灵活性强、可靠性高、研发周期短，可实现小型化、轻质化等特点。
国际大厂纷纷推出异构集成技术
正因为具有这些优点，异构集成已经成为后摩尔时代半导体技术发展的主要路线，越来越多主流厂商给予高度重视。在今年的Computex（台北电脑展）上，AMD就发布了一款实验性的产品Ryzen 5000，其采用台积电的3D Fabric先进封装技术，成功地将包含有64MB L3 Cache的chiplet以3D堆叠的形式与处理器封装在一起。据AMD介绍，该技术可以提高超过2D芯片200倍的互联密度，与现有的3D封装解决方案相比，互联密度也可达到15倍以上。