集成電路發展哲理
半導體技術極其豐富多彩,身陷其景,會有“不識廬山真面目,只緣身在此山中”的感觸。為此,既要“近賞細微”,又要“臨空瀏覽”,以期從中領悟到一些哲理。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/96009.htm本演講根據半導體技術“由簡入繁”、又“化繁為簡”的螺旋式發展史事,探討主流半導體技術的發展哲理,供大家參考討論。
發展歷程
根據IC Knowledge 的歸納[1],可以把集成電路(IC)的發展歷程劃分為四個階段:即奠定基礎、激情創新、昂首闊步和走向成熟,每階段大約20年。
“奠定基礎”發生于上世紀四五十年代,此階段發明或提出了晶體管、集成電路、平面工藝以及Si材料、CMOS等涉及器件“物理基礎”、“基本結構”、“制造工藝”和“集成方法”等一系列基礎技術和方法。
“激情創新”發生于上世紀六七十年代,主要是產業技術擴散階段。誕生了EPROM、DSP、DRAM、MPU等。當時有兩個非常重要的發現,一個是等比例縮小,推動器件小型化;另一個是摩爾定律,推動器件集成化;這兩個堪稱是半導體技術的發展引擎。這時候制造裝備(可視為晶圓制造的“基因”)業開始興起,設計工具也涌現了出來。
“昂首闊步”發生于上世紀八九十年代,在此之前,大方向都已經定了,這時晶圓尺寸、集成規模、產業規模…等等只是順續擴大,而產業技術則按 “路線圖”發展,即在已知規律下推測未來的發展,是一種邏輯的延伸。這里要指出的是,雖然第一代CMOS DRAM是在1983~1984年間推出的,但是CMOS早在奠定基礎階段就已經“發明”了。
“走向成熟”階段大致從2000年開始到CMOS技術的“終結”。近年來,在認識上大多共識到硅技術壽限大約在2020年前;而在實踐中則從“拜速度論”向“應用為王”思路轉移,發生了一些重大事件,例如出現了“雙核年”,Fabless(無生產線的公司)模式由懷疑到肯定并成為產業亮點等等。
發展哲理
從發展的前兩個歷程,我們可以看到IC產業“確定了器件縮小(等縮比)、集成做大(摩爾定律)兩大引擎,即如何做到又小又好!”而后兩個歷程則“全部基于馮•諾依曼范式和固體能帶論”,“抬頭拉車”,闊步向前,“即如何化繁為簡,做得規則、標準!”
因此,從純產業技術這個角度看,我們可以把這個產業的“發展哲理”歸納為:“小”就是美(目標),崇尚“簡約”(使命),倚重“左腦”(思路)三大特點。
“小”就是美
可從機制、性能、成本、功能、融合等五個角度來看。 機制是比例縮小,體現了“小(尺寸)與大(規模)螺旋式前進,低(價格)與高(性能)辯證統一”。成本無論從每MIPS成本,或每個晶體管的成本看,都在大幅度下降。芯片功能越來越豐富,尤其是現在的移動多功能裝置,具有通信以外、越來越多的功能。融合的前景巨大,現在是硬件與軟件融合,今后將是產業的融合。
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