後摩爾時代半導體潛在顛覆性技術猜想：找新材料，做新架構

記者周玲

5月14日，國家科技體制改革和創新體系建設領導小組第十八次會議在北京召開。中共中央政治局委員、國務院副總理、國家科技體制改革和創新體系建設領導小組組長劉鶴主持會議並講話。本次會議還專題討論了面向後摩爾時代的集成電路潛在顛覆性技術。

什麼是後摩爾時代的集成電路潛在顛覆性技術?

半導體產業近50年的發展，摩爾定律一直被奉爲“金科玉律”。摩爾定律不是數學公式，也不是物理原理，而是基於半導體產業發展做出的預言。通過芯片工藝的演進，每18個月芯片上可容納的晶體管數量翻一番，達到提成芯片性能和降低成本的目的。

近些年，隨着芯片工藝不斷演進，硅的工藝發展趨近於其物理瓶頸，晶體管再變小變得困難，越來越多的人認爲摩爾定律即將終結，因此後摩爾時代概念隨之而出。

所謂後摩爾時代的潛在顛覆性技術，可以理解爲繞過現有技術演進的技術。

芯謀研究首席分析師顧文軍接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者採訪時表示：“後摩爾時代有三個方面值得研究，一個是新材料，每一次新技術發展材料都是非常重要的，現在是硅基，以後可能是碳基；第二是架構上的創新；第三，製造封裝端，比如Chiplet（芯粒）等都是值得研究的。”顧文軍表示還有新的物理器件、新的存儲器都值得關注。

北京半導體行業協會副祕書長朱晶告訴澎湃新聞記者，顛覆性技術要沿着計算、存儲、功率、感知、通信、AI、類腦等這些方向去尋找。

朱晶曾經在“2020年中國集成電路產業現狀回顧和新時期發展展望”一文中對後摩爾時代諸多顛覆性技術有過論述。

朱晶在文中稱，當前，在摩爾定律放緩以及算力和存儲需求爆發的雙重壓力下，以硅爲主體的經典晶體管很難維持集成電路產業的持續發展，整個產業正快速進入一個大變革的時代，技術創新密集活躍，尤其是圍繞新材料和新架構的顛覆性技術將成爲後摩爾時代集成電路產業的主要選擇。

在新材料方面，朱晶認爲通過全新物理機制實現全新的邏輯、存儲及互聯概念和器件，推動半導體產業的革新。例如，拓撲絕緣體、二維超導材料等能夠實現無損耗的電子和自旋輸運，可以成爲全新的高性能邏輯和互聯器件的基礎；新型磁性材料和新型阻變材料能夠帶來高性能磁性存儲器如MRAM和阻變存儲器，三代化合物半導體材料、絕緣材料、高分子材料等基礎材料的技術也在孕育突破。

在架構方面，朱晶認爲，以RISC-V爲代表的開放指令集及其相應的開源SoC芯片設計、高級抽象硬件描述語言和基於IP的模板化芯片設計方法，將取代傳統芯片設計模式，更高效應對快速迭代、定製化與碎片化的芯片需求。類似腦神經結構的存內計算架構將數據存儲單元和計算單元融合爲一體，能顯著減少數據搬運，極大地提高計算並行度和能效。計算存儲一體化在硬件架構方面的革新，將突破AI算力瓶頸。基於芯粒的模塊化設計方法將實現異構集成，被認爲是增強功能及降低成本的可行方法，有望成爲延續摩爾定律的新路徑。

顧文軍也表示，原來的國家重大專項佈局到2020年結束，現在是佈局新的專項時候了，今年是“十四五”的開局之年，也恰逢半導體全球大變局，現在考慮佈局後摩爾時代的顛覆性技術是正確的。

可以預見的是，後摩爾時代的潛在顛覆性技術一旦突破，將顛覆原有的技術軌跡，形成新的替代技術軌道，這也是全球產業界和國家佈局後摩爾時代最重要原因。