回顾六十年 展望一世纪——纪念集成电路发明60周年

编者按   

为了纪念集成电路发明60 周年，10 月11日，中国电子学会、国家自然科学基金委员会信息科学部、中国科学院信息技术科学部、中国工程院信息与电子工程学部共同主办“纪念集成电路发明60 周年学术会议”，本文摘编了与会专家的观点发言。感谢中国科学院院士王阳元、郝跃、刘明，清华大学教授魏少军，中国科学院微电子研究所所长叶甜春等与会专家的大力支持。

纪念专题将于2019年在《科技导报》刊出，敬请关注。

1958年，杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯先后发明了基于不同材料的集成电路。而当今人类文明进入了信息化时代，集成电路得益于越来越小的体积、越来越强大的处理能力、越来越高的可靠性和性价比，支撑起庞大的军用、民用的产品市场，对国家经济发展和国防安全具有无可替代的作用，其发展水平也成为衡量一个国家综合实力的重要标志。

60年的集成电路发展史，实质上是一部不断发明、不断创新的文明史，每一项新的发明，都能够开辟一片全新的应用领域。随着集成电路加工技术的进步，如今，在1 cm2的硅片上已经可以集成超过50亿个晶体管，成为可以把信息采集、信息存储、信息处理、信息传输和信息执行集于一身的、众所周知的“芯片”。如今，芯片与软件一起，正在改变着人们的生产和生活方式，当之无愧地成为推进经济高质量发展和保障国家安全的关键核心技术，成为大国之间角逐的核心竞争力。

当前，全球信息技术产业，正处在大变革的时代，经济结构的持续升级和新一代科技革命形成交汇，以信息技术为代表的创新呈现出多领域、群体性加速突破的态势，工业生产和制造环节，各个领域数字化的趋势不断地加快，为集成电路产业的发展提供了巨大的动力，也为中国集成电路产业发展提供了更多的机会。加快发展集成电路产业，是抢抓新一轮科技与产业革命的机遇，培育经济发展新动能的战略选择；是深化供给侧结构性改革，推动经济高质量发展的根本举措。

为纪念集成电路发明60周年，由中国电子学会、国家自然科学基金委员会信息科学部、中国科学院信息技术科学部、中国工程院信息与电子工程学部共同主办的“纪念集成电路发明60周年学术会议”于2018年10月11日在清华大学举行。

会议报告囊括了集成电路的发展趋势、新技术发展、新设计思路、新工艺、新方法，和对产业的影响以及人才培养等方面，从不同的技术方向，不同的角度探讨技术发展路径、创新意义，以期通过深入交流和讨论，不断推进集成电路产业发展，支撑更好更多的电子信息相关技术，推动整个人类文明的进步。

摩尔定律不再？集成电路未来将如何发展？

在会议报告中，多位专家总结了摩尔定律在集成电路发展过程中的作用，就摩尔定律是否还会继续发展这个问题明确表达了自己的观点，形成了2方面的意见1）摩尔定律已经失效，不再重要；2）在相当长一段时间内，摩尔定律的经济效益将继续存在。

美国加州大学伯克利分校教授、微电子学家胡正明曾经表示：半导体的发展并没有进入尾声，事实上它还有100年的荣景。集成电路和摩尔定律都已经走过了几十年的发展历程，未来等比例缩小可能不再继续下去，但这不意味着集成电路的终结，当等比例缩小停滞不前时，集成电路领域会呈现怎样的发展态势？

就这个问题，浙江大学教授严晓浪表示：未来集成电路可以多维的发展，一是从一维向二维、三维的方向发展；二是将不同材质的集成在一起，衍生新的模式；三是应用驱动的发展。在这3个动力的驱动下，摩尔定律按照概念上前进，技术再成长30、50年是有可能的。

中国科学院院士郝跃表示：过去关注摩尔定律，更关注的是集成度和价格，集成度每18个月翻一番，价格每18个月降低一半。未来摩尔定律还会发展，只不过考察的方式会发生改变，下一步考察的不再是集成度和价格，而是其他方面，例如综合的能力。摩尔定律还会继续下去，正如凯文·凯利的说法，摩尔定律不变的曲线有助于把金钱和智力集中到一个非常具体的目标上，基于它，产业会自驱动地不断发展。

中国工程院院士陈左宁表示：

目前晶体管到了这个阶段，是不是都得到了充分有效利用是个非常大的问题，今后要做的工作需要考虑怎样充分地把现在的晶体管用好，涉及整合、系统和功能等。集成电路再往下发展，可能不单单是一个微纳电子或者工艺本身的问题，必须得考虑体系结构，将原来的软件、硬件的内容整合。

例如超级计算机的芯片是要追求最高性能的，原来的很多高性能芯片是以追求计算密集型的最高性能为主，今后可能在考虑计算密集型的同时，也要考虑支持数据密集型的高性能；目前很多高性能芯片是以支持确定性的计算为主，今后要考虑如何实现支持非确定性计算，这对芯片设计带来非常大的挑战，包括存储墙、通信墙、功耗本身等。

AI引入，带给集成电路怎样的机遇？

近年来，人工智能的快速发展，为其他领域带来发展机遇，同时也带来了挑战，是否存在一种像CPU一样的通用AI处理器？如果存在，它应该具备怎样的特质？如果不存在，未来AI芯片公司会怎样发展？

中国工程院院士陈左宁表示：通用的CPU有很好的计算理论和数学基础支撑，并形成了一个良好的生态，包括计算模型、现代的计算体系结构，也包括通用CPU架构，本身的架构整个生态分配的还是比较合适。这样与集成电路、计算机科学结合起来，有了通用的计算芯片。

但目前人工智能理论基础、算法基础还不是很完备，在这个情况下，做一个通用、智能的芯片是困难的。现在做的AI处理器，都属于人工智能某一类的，单单把这一类做好就很不错了，如果能做成这类点突破的通用，再一步步继续扩大通用范围，随着理论算法的完备以后，相信未来也可能会出现通用芯片用于智能计算。

新型半导体材料探索还将继续，设计空间无穷尽

现阶段在物理理论没有取得重大突破的情况下，摩尔定律逐渐走向尽头，但是硅材料依然会在相当长的一个时期内，成为集成电路的主题材料。如何在现有技术上降低功耗、提高性价比？未来在材料方面会有怎样的突破？

就这两个问题，中国科学院院士郝跃表示：硅材料作为集成电路的基础材料，至少50年了，目前要找到一种材料能够完全代替硅，难度很大。未来硅材料真的发展到了一定的瓶颈，将会出现什么样的材料可以代替，业界还在探索。现在都看到了硅的功耗问题是个大问题，如果靠新材料能解决这个问题，无疑是对未来的微电子技术、集成电路技术是个巨大的推进。但客观来讲，不管哪种材料要真正能够代替硅还有相当的一段距离，难度都比较大。

浙江大学教授严晓浪就工艺走到极致的情况下，设计如何发展的问题，以作书为喻，表达了自己的观点：设计是写书，制造是印书，封装是订书，材料是造纸。“写书”是连接到软件系统应用服务的，因此设计在里面的作用确实很重要，但是设计必须依靠印刷的水平，印刷水平走到头了之后，“写书”的空间依然很大。

目前集成电路直接能完成的电子系统，仅为人类需要的1%，相比工艺发展空间、制造能力、封装能力以及其他能力的提升，设计空间是最大的，而且应用需要的人类主观能动性特别大。 

创造良好的集成电路产业发展环境，加大人才培养力度

2000年以后，中国集成电路发展快速，但关键方面仍存在较大差距：1）产品过度依赖进口，特别是高端的关键芯片；2）产业规模和企业规模跟国外差距很大；3）研发投入持续不足；4）相关人才，尤其是高端人才相当缺乏。

针对这些问题和不足，相关专家提出以下发展建议：1）进一步加强应用、需求、牵引；2）要培育集成电路领军企业，有自己的制造能力，有自己的设计能力，在某领域占有一定市场份额；3）要坚持前沿创新，进一步提升高校、科研院所的研究能力；4）加强人才培养。

同时，工业和信息化部电子信息司副司长吴胜武在致辞中表示，将重点开展以下工作：

1）突出顶层设计，协调资源布局，按照供给侧结构性改革的要求，扩大有效供给和中高端的供给，持续的完善产业政策，创造良好的产业发展环境。

2）坚持创新驱动的战略，组织实施好国家科技重大专项等一系列的措施，来持续加大研发投入的力度，抓紧突破核心关键技术，建设国家级的创新中心、搭建鲜活创新平台，不断地完善创新体系。

3）支持产业链上下游融合发展，共建良好的生态环境，围绕着智能硬件、智能传感、智能网联汽车、智慧医疗等重大的需求来提升产品的结构，培育新动能。

4）持续地推进国际合作全球配置资源，融入到全球建成电路产业发展的生态体系中去，集成电路是互联网、大数据、人工智能、数字经济等发展的核心和动力，是建设制造强国，网络强国的关键和基础。

会议中，相关专家对集成电路人才培养和教育展开了讨论，国家集成电路产业投资基金股份有限公司总裁丁文武表示：《中国集成电路产业人才白皮书（2016—2017）》显示，按半导体产业总产值计算，预计到2020年中国集成电路人才需求将达70万人，目前人才供给量也只有40万左右，还有30多万的人才缺口。所有半导体企业都面临着前所未有的巨大挑战和机遇，2020年之后随着集成电路产业的发展，需求还要更大，所以在人才培养方面还有很多工作要做。

在人才政策方面，应该有更开放的政策，或者应该有支持力度更大的政策，使更多的人才进入到芯片领域。有了人才才可以自主创新，才可以将核心关键技术掌握在自己手中。

北京大学软件与微电子学院院长、教授张兴表示：从国家政策上来讲，更多的经费实际上是在产业、科研上，教育上投入可能是远远不够的。

现在国内虽然有20多所示范性微电子学院，但很多学校对微电子方面人才培养的基础条件，包括软硬件条件，就说在设计方面都还差得很远，工艺方面差得就更多了。因此除了要呼吁研发、产业之外，更应该发出教育更大的声音。

另外，如何能够把一些相近专业的学生通过比较短期的教育，将他吸引到微电子这个行业当中来，以尽快满足人才短缺的局面，这也是探索的一方面工作。

从长远的观点来看，将来微电子是一个交叉性很强的学科，会与其他很多领域相互渗透，所以除了培养微电子的专业人才之外，如何培养微电子与软件、微电子与通信、微电子与硬件交叉融合的这种复合型人才。希望更多的学校在这一方面提前布局，对未来微电子人才的储备可能会有较好的前期性工作。

清华大学微电子与纳电子学系教授王志华表示：集成电路产业有很大的人才需求，依靠吸引其他相近专业的人投入是不现实的，只有超出实际需求的规划去培养人才，才能够使有志愿的人留下来，有能力的人留下来，这样才有可能解决人才短缺的问题。

结 论

集成电路可谓人类历史上最伟大的发明之一，它使人们的生活、生产和工作方式产生了巨大的变化，我们现在时时刻刻都在享受着它带来的红利。通过产学研各界专家的探索与交流，使得技术不断优化、进步，相信未来，在不远的将来，集成电路会有更大的突破。