近日，在第七屆未來(lái)芯片論壇上，中國(guó)工程院院士吳漢明教授表示：“集成電路產(chǎn)業(yè)呼喚工程師文化建設(shè)。”
吳漢明院士
集成電路的誕生之初，將相移振蕩器和觸發(fā)器，共12個(gè)器件，器件之間時(shí)介質(zhì)隔離，把晶體管和電阻、電容等集成在鍺上。但發(fā)明第一塊集成電路的基爾比認(rèn)為他自己不是一位科學(xué)家，因?yàn)榭茖W(xué)家是解釋事物的，而他是解決問(wèn)題的人。解決問(wèn)題的人是工程師。他說(shuō)過(guò)很多發(fā)明家認(rèn)為自己是科學(xué)家而不是工程師?？茖W(xué)家有偉大的思想，而工程師創(chuàng)造工藝制造產(chǎn)品，并讓它們有用，同時(shí)還要賺錢(qián)。
如果把科學(xué)家與工程師做一個(gè)分類，科學(xué)家的工作是做從0到1的發(fā)明，也即1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一個(gè)晶體管；工程師則是做從1到100改造世界，解決可行性的問(wèn)題，也即把科學(xué)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)力，摩爾定律驅(qū)動(dòng)發(fā)展60年。
從上圖可以看到，我國(guó)集成電路在世界產(chǎn)業(yè)中的位置，以CPU為例，在世界舞臺(tái)上我國(guó)大概落后15年。令人吃驚的是，在眾多領(lǐng)域中，我國(guó)集成電路基本上是5-15年的差距。差距的縮小只能依靠大量卓越工程師的努力。
集成電路的工程研究中的顯著特點(diǎn)就是——交叉性很強(qiáng)，尤其是在芯片制造的時(shí)候，集中體現(xiàn)了交叉學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域。
吳漢明院士舉了兩個(gè)交叉學(xué)科應(yīng)用的例子。第一個(gè)是材料科學(xué)支撐摩爾定律。在集成電路制造中，面臨三大挑戰(zhàn)：基礎(chǔ)挑戰(zhàn)，也即精密圖形，193納米光源曝光出幾十納米圖形；核心挑戰(zhàn)，也即新材料，CMOS的性能提升70%都是依靠新材料支撐；終極挑戰(zhàn)也即提升良率，在工藝流程中累計(jì)大量統(tǒng)計(jì)誤差，使得每步良率99.9%提升到千步良率37%。
第二個(gè)例子是統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)支撐的實(shí)驗(yàn)方法學(xué)(DOE)。最少試驗(yàn)次數(shù)獲得最優(yōu)輸出結(jié)果?？茖W(xué)的DOE顯示出強(qiáng)大的優(yōu)越性結(jié)果是又快，又省，結(jié)果更優(yōu)。有統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)頭腦的物理學(xué)家、化學(xué)家，直接參與開(kāi)發(fā)與導(dǎo)引生產(chǎn)過(guò)程。不具備用統(tǒng)計(jì)思考問(wèn)題的能力不掌握基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技能就不能再被稱為卓越工程師。
吳漢明院士表示：“集成電路產(chǎn)業(yè)由科學(xué)催生工程文化發(fā)展?！?
提倡工程師文化，充分遵從工程的特點(diǎn)與規(guī)律，尊重工程中的創(chuàng)新性及系統(tǒng)性崇尚解決重大工程問(wèn)題的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，重視工程技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化和集成不局限某一單項(xiàng)技術(shù)的引進(jìn)和突破上。單點(diǎn)突破往往并不符合集成電路發(fā)展的規(guī)律。(突破傳統(tǒng)獨(dú)門(mén)秘籍和“名教”的信仰)
集成電路產(chǎn)業(yè)復(fù)雜性需要工程師的協(xié)作和配備能力，制造成套工藝和供應(yīng)鏈上每環(huán)節(jié)都要達(dá)到一定層次，才有一流的成果。
不僅僅依賴引進(jìn)或轉(zhuǎn)化先進(jìn)技術(shù)，要更加重視產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的塑造，建設(shè)符合市場(chǎng)成本原則配備和工業(yè)生產(chǎn)的能力。
目前來(lái)看，集成電路工藝的發(fā)展已經(jīng)無(wú)法支撐算力增長(zhǎng)的需求。對(duì)此，提出了未來(lái)技術(shù)發(fā)展的四大方向。
第一，基于馮諾依曼架構(gòu)的硅技術(shù)。二進(jìn)制基礎(chǔ)的MOSFET和CMOS(平面)和泛CMOS (立體柵FinFET、納米線環(huán)柵NWFET碳納米管CNTFET等技術(shù))。“硅-馮”范式是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)主流。
第二，類硅模式?，F(xiàn)行架構(gòu)下NC FET(負(fù)電容)、TFET(隧穿)、相變FET、SET(單電子)等電荷變換的非CMOS技術(shù)。這是延續(xù)摩爾定律的主要技術(shù)。
第三，類腦模式。3D封裝模擬神經(jīng)元特性，存算-體等計(jì)算，并行性、低功耗的特點(diǎn)，人工智能的主要途徑。類腦模式有產(chǎn)業(yè)前景。
第四，新興范式。狀態(tài)變換(信息強(qiáng)相關(guān)電子態(tài)/自旋取向)、新器件技術(shù)(自旋器件/量子)和新興架構(gòu)(量子計(jì)算/神經(jīng)形態(tài)計(jì)算)。新興范式屬域基礎(chǔ)研究范疇。
最后，吳漢明院士做出了總結(jié)。集成電路學(xué)科以工科為主，工程師文化建立勢(shì)在必行。具有全局觀，具備交叉學(xué)科基礎(chǔ)，樹(shù)立卓越工程師目標(biāo)。后摩爾時(shí)代為卓越工程師成長(zhǎng)提供了絕好的機(jī)遇。碎片化市場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)向的技術(shù)研發(fā)需要大量的工程師。
建設(shè)產(chǎn)教融合平臺(tái)是產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的必要途徑,避免工科理科化。集成電路制造成套工藝是培養(yǎng)卓越工程師和技術(shù)人員的必修課。制造產(chǎn)教融合平臺(tái)支持More than Moore發(fā)展的作用愈發(fā)重要。國(guó)內(nèi)亟待通過(guò)制造公共平臺(tái)培養(yǎng)芯片內(nèi)循環(huán)急需，加強(qiáng)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和培養(yǎng)大批卓越工程師和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員。
