近日，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授王陽元在人民日?qǐng)?bào)撰文，題為：集成電路——社會(huì)信息化的“引擎”。

 

王陽元教授在文章中指出，當(dāng)前，集成電路已發(fā)展到“后摩爾時(shí)代”。不再僅以“每兩年集成度提高一倍”為主要指標(biāo)，而是以“降低功耗、提高性能功耗比”作為發(fā)展標(biāo)尺。在“后摩爾時(shí)代”，集成電路技術(shù)有4個(gè)發(fā)展方向。

 

 

最初，集成電路加工尺寸為10微米，現(xiàn)在最先進(jìn)的加工技術(shù)已達(dá)到10納米以下。10微米是1納米的1萬倍，這相當(dāng)于普通自行車車輪直徑和一根頭發(fā)絲直徑的比例。加工尺寸越小，同樣面積的硅片上就能容納更多晶體管，從而處理更多信息；同時(shí)，加工尺寸越小，晶體管的柵長就越短，電信號(hào)在晶體管內(nèi)以及晶體管之間的傳輸速度就越快。一般來說，加工尺寸為上一代工藝節(jié)點(diǎn)的0.7倍時(shí)，晶體管面積縮小50%，集成電路性能提升1倍。當(dāng)集成電路進(jìn)入2納米技術(shù)代時(shí)，每平方毫米的硅片上可容納3.3億個(gè)晶體管。

 

將不同功能的芯片通過系統(tǒng)集成和三維封裝等方式組合，以滿足集成電路多功能應(yīng)用需求。如將不同工藝、不同材料、不同功能的數(shù)字電路、存儲(chǔ)電路、模擬電路、射頻電路、高壓電路、功率電路、驅(qū)動(dòng)電路、傳感器與執(zhí)行器、生物芯片等封裝在一起，形成一個(gè)多功能集成系統(tǒng)模塊，進(jìn)而組成一個(gè)全新的、完整的電子系統(tǒng)，以適應(yīng)不同領(lǐng)域、不同場合的應(yīng)用需求。這就相當(dāng)于只用一個(gè)集成系統(tǒng)模塊，就可以承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的功能，好比不同軍種組合成一個(gè)集團(tuán)軍，以完成多樣化任務(wù)。

 

 

開發(fā)量子器件、單電子器件、石墨烯器件、仿生類腦器件等。

 

晶體管是集成電路的核心器件，最初的晶體管是雙極型結(jié)構(gòu)，后來金屬氧化物半導(dǎo)體器件誕生，成為主流集成電路器件結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，平面的金屬氧化物半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S的鰭形柵結(jié)構(gòu)，并正向環(huán)形柵方向發(fā)展。

 

每一次器件結(jié)構(gòu)革新，都會(huì)帶來集成電路技術(shù)重大進(jìn)步。

 

量子器件和單電子器件是晶體管工作原理上的革新，石墨烯器件是晶體管材料的革新，仿生類腦器件則是模擬神經(jīng)元人腦突觸的器件。這種革新為集成電路的創(chuàng)新應(yīng)用提供更多可能，如仿生類腦器件將為人工智能網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用插上翅膀。

 

與其他學(xué)科結(jié)合，產(chǎn)生多種集成微納系統(tǒng)

 

集成電路與其他學(xué)科具有十分廣泛的交叉性，而交叉點(diǎn)往往是創(chuàng)新點(diǎn)。國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)批準(zhǔn)設(shè)立“集成電路科學(xué)與工程”一級(jí)學(xué)科時(shí)，就將其列為交叉學(xué)科中的第一個(gè)學(xué)科。

 

集成電路與精密機(jī)械結(jié)合，誕生了微機(jī)電系統(tǒng)，例如硅陀螺，精度好、可靠性高，現(xiàn)已應(yīng)用于汽車、飛機(jī)和船舶等，凡是需要導(dǎo)航的地方都可以應(yīng)用；與生物學(xué)結(jié)合，誕生了可穿戴的、檢測人們身體指標(biāo)的各種芯片。

 

 

這方面，手機(jī)的發(fā)展是典型案例。手機(jī)最初是通信范圍有限的模擬式“大哥大”，之后是可以接打電話的數(shù)字式按鍵撥號(hào)手機(jī)，并有了漢字顯示功能，屏幕由黑白轉(zhuǎn)為彩色，觸屏取代了實(shí)體按鍵，還進(jìn)一步成為替代相機(jī)的隨身工具。

 

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展，手機(jī)獲取和傳輸文字、聲音、圖像的速度，已經(jīng)能夠“手到擒來”。一部手機(jī)，在集成電路技術(shù)推動(dòng)下，從“電話”變成了人們必備的智能信息中心。與之相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)購物、網(wǎng)絡(luò)直播等新形態(tài)信息產(chǎn)業(yè)正在形成，與此同時(shí)，以信件、郵票、郵遞員為主的郵電產(chǎn)業(yè)也在適應(yīng)變化、升級(jí)迭代。

 

未來，隨著物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件等學(xué)科和相應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步，集成電路將繼續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)科學(xué)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為人們工作生活帶來更多便利和新的可能。