不可思议的芯片技术
《论语·学而》当中有一句话叫“如切如磋、如琢如磨”。宋代的大学者朱熹有这样的注语:“严治骨角者,即切之而复蹉之;治玉石者,既琢之而复磨之,治之已精,而益求其精业”。这句话的意思也就是精益求精,这个词用在集成电路或者芯片上是最贴切不过的。
下图是2007年国际半导体技术路线图。图中纵轴指的是可以沿着摩尔定律一直不断的微缩下去,到今天为止,工艺技术节点已经来到了7nm,很快5nm也将随之而来。横轴是各种不同半导体技术和传感器等产品多样化的发展路径。 技术前进的脚步永不停歇,当下我们还在探索更进一步的技术。7nm和5nm甚至更低的工艺之后是什么?后CMOS时代,将有新型晶体管的问世。芯片尺寸的微缩还远远没有走到尽头。例如人们已经基于二维材料制备出了1nm晶体管。 但魏少军教授也提到,作为一个唯物主义者,任何一个单一的事物总要走到尽头,特别是今天的线性技术,它事实上存在4个重要的极限: · 物理极限:就是最小尺寸,现在看起来如果我们的材料上没有太大突破的话,我们最小尺寸可能在1nm左右,到2030年前后,晶体管的特征尺寸可能会接近1.5nm; 功耗极限:是指在物理极限下的器件功耗密度将达到上千瓦/cm2; · 工艺极限:将CMOS推向极限需要革命性的材料和器件创新,在这过程中,必然遭遇巨大的技术和工程障碍; · 经济极限:要实现上述各类技术创新必将引起制造和开发费用极急剧上升,因而只有少数全球化的企业才可以支撑。 · 2019年全球半导体市场陷入萎缩,而中国可圈可点 经常会有人问半导体产业是什么样的一种产业?魏少军教授用奥地利经济学家约瑟夫·熊彼得的一句话来引出,那就是“创新不是一个技术概念,而是一个经济概念”。半导体或者芯片产业,恰恰是一个创新驱动的产业,它的发明最终变成了钱,它是靠创新的方式来发展。所以它是个创新驱动的产业。 了解了半导体产业的形式之后,再来看下半导体产业的发展情况。以史为鉴,从1987年到2019年的这段时间中,我们不难发现半导体产业的发展并不是一路高歌猛进。以2019年为例,去年半导体销售收入位4121亿美元,比上一年衰减了12.1%。这是2012年经历小幅衰退后,时隔7年再次出现的衰退,也是2001年后最大的一次衰退。 从全球半导体市场分布来看,2019年全球的市场萎缩到了4121亿美元,美国市场为785亿美元,欧洲市场398亿美元,日本市场360亿美元,中国市场是1446亿美元,其他的亚太地区是1133亿美元。总体而言,全球半导体市场都有所衰退,但非常有趣的是,中国的占比增加到35.1%。 去年全球各类半导体产品也有所萎缩,其中存储器萎缩了34.2%,存储器衰退之后与逻辑芯片的市场份额一致,大约占比25.8%。 从全球半导体产品应用来看,2019年除了政府应用增长之外,其他应用都发生了萎缩。那么是不是因为中国政府买了很多芯片,魏少军教授解释道:“从数据上看还真不是,是因为美国政府的采购量增加才使得政府采购量的上升。所以其实半导体的应用,除了我们常规知道的消费类汽车、计算机、工业应用通讯,政府也扮演了非常重要的角色。” 是哪些企业的销售额衰退才使得2019年全球半导体下滑如此严重?这点我们可以从2019全球前十大半导体厂商的销售收入中找到线索。在全球前十大芯片厂商中,销售额下滑最严重的四家企业有三星、海力士、美光以及东芝,他们分别下滑了37.3%、40.4%、36.9%、42.9%,由于这4家厂商的大幅萎缩,才使得全球的萎缩比例如此高。而且有趣的是,全球前十大企业在2018年的占比还占到了65.5%,去年就萎缩到56%。 而相比全球中国的半导体情况要好的多,中国半导体是全球很重要的部分,2019年,中国集成电路产业继续维持两位数成长,相比与2018年增长了16.2%,达到7991亿元人民币。 分享到:
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