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。