集成电路技术和产业发展现状与趋势_方圆

图 １ Ｉ Ｔ Ｒ Ｓ ２ ０ １ １ 年发布的全球集成电路产业发展路线图
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２． ２ 集成电路产业周期性 受市场需求和库存变化及技术更新等多种因素 集成电路产业呈现明显的周期性波动特征 ， 的影响 ， 产业增速在一定周 期 内 出 现 波 峰 和 波 谷 ， 被称为硅 周期
［ ３］
［］ 图 ３ １ ９ ８ ５－２ ０ １ ２ 年全球半导体产业发展驱动因素 ４
尔定律一直吻合 较 好 。 然 而 ， 随着特征线宽进一步 缩小 ， 晶体管的物 理 机 制 将 会 发 生 改 变 。 当 晶 体 管 其电流微弱到仅有几十个甚 线宽缩小到纳米级 时 ， 晶 体 管 将 不 再 正 常 工 作。一 般 认 至几个电子流动 ， 为， 硅材料的加工极限是 １ ０ｎ ｍ 线宽 。 随着集成 电 路 制 造 工 艺 由 当 前 已 规 模 量 产 的 并向 １ ２ ８ｎ ｍ 进一步朝 ２ ２ｎ ｍ， １ ８ｎ ｍ 提升 ， ０ｎ ｍ逼 摩尔定律在集成 电 路 技 术 发 展 中 的 适 用 性 开 始 近， 受到挑战 。 由于器 件 特 征 尺 寸 进 一 步 微 缩 ， 器件的 热噪声 、 阻容延迟等将达到极限 ， 器件不能按正常参 数工作的几率增大 ， 导致器件不可靠 ， 进而使集成电 加之尺寸微缩带来研发成本提 路产品成品率下降 ，
２ 集成电路发展现状
２． １ 集成电路技术进展 １ ９ ６ ５年， Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ创始人之一戈登 · 摩尔提出摩尔
；定稿日期 ： 收稿日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ４ ２ ７ ２ ０ １ ３ ０ ６ ２ ０ － － － －
，女 （ ， 作者简介 ：方 圆 （ 汉族 ） １ ９ ８ ２—） ２ ０ ０ ７ 年于北京工业大学获微电子 与 固 体 电 子 学 硕 士 学 位 ，目 前 从 事 集 成 电 路 市 场 、 产业以及政策等领域的研究 。
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［］ 于一体的综合 性 Ｉ ＤＭ 模 式 ５ 。 这 种 模 式 具 有 资 源
。从１ 全球半导体产业经历 ９ ８ ５至 ２ ０ １ ２ 年，
了 ５ 次明显的硅周期 ， 如 图 ２ 所 示。其 中， １ ９ ８ ９ 年， １ ９ ９ ５年， １ ９ ９ ９年， ２ ０ ０ ４ 年， ２ ０ １ ０年分别为这五次波 ［］ 动中的峰值 ， 年增速都接近或超过 ３ ０％ ４ 。
集成电路技术和产业发展现状与趋势
方 圆１ ，徐小田２
（ ） １．工业和信息化部 中国电子信息产业发展研究院 ，北京 １ ０ ０ ８ ４ ６； ２．中国半导体行业协会 ，北京 １ ０ ０ ８ ４ ６
摘 要： 产业的技术现状 、 发展周期 、 驱动因素以及发展模式变迁 ， 介绍了我 Ｉ Ｃ） 论述了集成电路 （ 国Ｉ 产业和政策现状 ， 指出未来Ｉ Ｃ 技术 、 Ｃ 技术将沿着摩尔定律和超摩尔定律前进 。 在新兴市场的 带动下 ， Ｉ Ｃ 产业规模将继续扩大 ， Ｉ Ｃ 对经济和社会发展的支撑引领作用进一步凸显 。 关键词 ： 集成电路 ；摩尔定律 ；产业链 ；生态链
整合力强 、 技术 领 先 、 企 业 规 模 较 大 等 特 点。 目 前， 全球仅剩英特尔 、 德州仪器 、 三星 、 东芝 、 瑞萨电子等
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第４ ４卷 第１期 ２ ０ １ ４年２月
微 电 子 学
Ｖ ｏ ｌ ． ４ ４，Ｎ ｏ ． １ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４
Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ

· 动态综述 ·
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中图分类号 ： ＴＮ ４ ０ 文献标识码 ：Ａ （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ４ ３ ３ ６ ５ ２ ０ １ ４ ０ １ ０ ０ ８ １ ０ ４ － － －
Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ Ｉ Ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｇ ｙ ｙ ｐ
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从四次产 业 驱 动 因 素 作 用 的 时 间 长 度 可 以 看 出， 随着集成电路技 术 的 快 速 进 步 和 市 场 需 求 的 不 每一次驱动 因 素 对 集 成 电 路 产 业 发 展 影 响 断变化 ， 分别从 １ 的时间周期呈现越来越短的趋势 ， ５ 年逐渐 下降至 ５ 年 、 ３年。 ２． ４ 产业发展模式变迁 全球集成电路 产 业 发 展 模 式 经 历 了 从 Ｉ ＤＭ 向 产业链垂直分工 ， 再到价值链整合及生态环境建设 的变迁 。 在集成电 路 产 业 发 展 初 期 ， 产业主要采取 集整机产品生产 、 集 成 电 路 设 计、 制 造、 封装和测试
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方 圆等 ：集成电路技术和产业发展现状与趋势
２ ０ １ ４年
高， 使单个集成电 路 产 品 成 本 增 加 。 为 了 应 对 特 征 产业界开始通过研发 尺寸进一步缩小带 来 的 问 题 ， 新材料 、 新 结 构、 新 技 术， 如 高 Ｋ 金 属 材 料、 堆叠器 件结构 、 系统和三维封装等 ， 来克服摩尔定律的物理 推动集成电路技术和产业继续前进 。 极限 ， 根据 ２ ０ １ １ 年Ｉ Ｔ Ｒ Ｓ（ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ） 发布的全球集成电路 ｏ ｆ Ｓ ｅ ｍ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ Ｒ ｏ ａ ｄ ｍ ａ ｐ ［ ２］ 产业发 展 路 线 图 ， 如 图 １ 所 示， 未 来 几 年 内， 集成 摩尔定律 ” 和“ 超越摩尔定律 ” 两个 电路技术将朝着 “ 方向发展 。 摩 尔 定 律 将 在 ２ ８ｎ ｍ 之后继续通过不 断缩小器件的特征 尺 寸 来 推 动 技 术 和 产 品 的 升 级 ， 其代表产品为处 理 器 、 存 储 器 和 逻 辑 器 件 等。超 越 摩尔定律则主要通 过 三 维 封 装 、 系统级封装等方式 其代表产品 实现器件功能的融 合 和 产 品 的 多 样 化 ， 为模拟器件 、 功率器件 、 传感器等 。
半导体产业规模 为 ２ 同 比 下 降 ２． ９ １ ６ 亿 美 元， ７％ 。 业界 普 遍 认 为 ， 目前全球集成电路产业正处于第６ 个硅周期的起步阶 段 ， 产 业 增 速 较 低， 但 未 来， 在全 球经济逐步走出低 迷 、 中国市场进一步崛起的带动 全球集成电路产业增速将呈现上行趋势 。 下， ２． ３ 集成电路产业驱动因素 终端需求是驱动全球集成电路产业不断发展的 关键因素 。 全球集成电路产业在不同终端需求的驱 经 历 了 四 次 跃 迁， 如 图 ３ 所 示。 在 １ 动下 ， ９ ８ ５－ 全球集成电路市场的发 展 主 要 由 商 用 和 １ ９ ９ ９ 年间 ， 存 储 器 芯 片、 通用 Ｃ 个人电脑市场驱动 ， Ｐ Ｕ 芯片等 产品技术和市场快速发展 。 在 ２ 由 ０ ０ ０－２ ０ ０ ５ 年间 ， 网络通信市场带动 ， 全球市场对基带芯片 、 射频芯片 全球集成电路 需求大幅增长 。 在 ２ ０ ０ ６－２ ０ ０ ９ 年间 ， 市场主 要 得 益 于 消 费 电 子 大 规 模 普 及 ， ＮＡＮ Ｄ闪 存， Ｄ Ｓ Ｐ， ＭＣ Ｕ 等产品应 用 范 围 持 续 拓 展 。 从 ２ ０ １ ０ 年至今 ， 以平板电脑 、 智能手机为代表的移动终端市 场的兴起 ， 推动全球 集 成 电 路 产 业 进 入 新 一 轮 发 展 热潮 ， 嵌入式 Ｃ Ｐ Ｕ 及相关 Ｓ ｏ Ｃ 产品市场迅速爆发 。
［］ 集成 电 路 产 业 技 术 发 展 与 摩 原来的 ７ ０％ １ 。 此后 ，
１ 引 言
集成电路是国 民 经 济 和 社 会 发 展 的 战 略 性 、 基 具有极强的创新力和融合力 ， 已 础性和先导性产业 ， 经渗透到日常生活 、 生产以及国防安全的各个方面 。 它在一个国家经济 和 社 会 中 的 作 用 可 以 用 工 业 “ 粮 和社会 “ 脑细胞 ” 来形容 ， 它的发展深刻影响着人 食” 类的生产和生活 。 世界各主要国家和地区都把发展 集成电路产业作为提升综合国力 、 发展经济 、 保障国 家安全的重要手段 。