后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
后摩尔时代的微电子研究前沿与发展趋势
后摩尔时代的微电子研究前沿与发展趋势一、本文概述随着摩尔定律的逐渐失效，微电子行业正步入一个全新的时代——后摩尔时代。
在这一时代背景下，微电子研究的前沿领域和发展趋势引起了全球范围内的广泛关注。
本文旨在深入探讨后摩尔时代微电子领域的研究现状、技术挑战以及未来发展方向，以期为读者提供全面的行业分析和展望。
文章首先回顾了摩尔定律的发展历程及其对微电子行业的影响，分析了后摩尔时代微电子领域面临的主要技术挑战，如物理极限的突破、新型材料的研究与应用、芯片设计与制造工艺的创新等。
在此基础上，文章重点介绍了后摩尔时代微电子研究的前沿领域，包括纳米电子学、生物电子学、量子计算与通信、光电子集成等，并分析了这些领域的最新研究进展和潜在应用前景。
文章展望了后摩尔时代微电子行业的发展趋势，包括技术多元化、产业融合、国际合作与竞争等方面。
通过综合分析，文章认为在后摩尔时代，微电子行业将更加注重技术创新与跨界融合，推动全球科技产业向更高层次、更宽领域迈进。
国际合作与竞争也将成为推动行业发展的重要动力，各国和企业需要紧密合作，共同应对技术挑战，推动微电子行业的可持续发展。
二、后摩尔时代的微电子研究前沿随着摩尔定律逐渐逼近其物理极限，微电子领域正步入一个全新的时代——后摩尔时代。
在这一时期，微电子研究的前沿主要集中在以下几个方面：纳米尺度下的材料研究：随着器件尺寸的减小，传统的硅基材料面临着量子效应、漏电流增加和功耗升高等问题。
因此，新型纳米材料的研发成为研究热点，如二维材料、碳纳米管、石墨烯等，这些材料具有优异的电学、热学和机械性能，有望为微电子器件带来新的突破。
新型器件结构的设计：为了克服传统CMOS器件的局限性，研究者们提出了多种新型器件结构，如隧穿场效应晶体管（TFET）、负电容场效应晶体管（NFET）等。
这些新型器件结构通过改变载流子的传输机制，有望在提高器件性能的同时降低功耗。
三维集成技术：为了突破二维平面集成的限制，三维集成技术应运而生。
关于后摩尔时代我国集成电路制造领域的一些思考
关于后摩尔时代我国集成电路制造领域的一些思考后摩尔时代，咱们在集成电路制造领域的路，真的是越走越宽了，但也是越走越难了。
要知道，以前咱们说起摩尔定律，简直就是拿它当圣经看，一切都是按着它来发展的。
每隔一段时间，芯片的性能就能翻番，成本却能降得越来越低。
可是现在呢？摩尔定律似乎开始慢慢失去魔力，芯片的尺寸越来越小，技术越来越复杂，想要继续突破那就不是简单的事了，得下点真功夫了。
你看，后摩尔时代，不单单是技术上要突破，整个产业链都面临着巨大的挑战。
制造工艺越来越精密，需要的设备越来越高端，而且成本也是一个天文数字。
咱们国家这些年在集成电路领域投入了不少心血，也取得了显著的成绩，但这条路走得绝对不是轻松的。
很多人可能会觉得，咱们国家这几年的发展好像也挺快的，为什么还总是有人说差距大呢？其实吧，这背后是有道理的，咱们虽然赶上了，但要赶超全球顶尖水平，还差得很远。
大家可能会好奇，后摩尔时代究竟是个什么情况？它其实是指的在摩尔定律逐渐失效后，芯片制造领域的发展方向。
以前说过了，摩尔定律就是每两年芯片性能翻一番，越来越小，越来越快。
可现在，技术的进步速度放缓了，这就意味着，要想保持芯片性能的增长，得依靠更先进的工艺，更复杂的设计以及更多的创新。
可这些东西，要不要钱不说，还需要无数的人才和资源。
而这些，恰恰是咱们当前的一大挑战。
大家可能听说过一些关于集成电路产业的新闻，国内外的一些巨头公司在技术上的竞争，简直让人看得眼花缭乱。
比如说，台积电、三星这些大佬们，他们的工艺水平和技术积累，咱们要赶上，可不光是有钱就行。
人才培养、设备引进、技术创新等方面的投入，都需要长期且持续的努力。
你想啊，光是从28纳米到14纳米，再到7纳米，甚至5纳米的技术，很多国家已经进入了瓶颈期，突破这些瓶颈的难度简直比爬珠穆朗玛峰还大。
然而，在咱们中国的集成电路产业里，大家似乎还是信心满满。
的确，过去这几年，咱们在芯片设计、材料研发、甚至制造设备等方面都取得了不少进展。
电子行业简评报告：后摩尔时代，Chiplet将持续提高芯片集成度和算力
[Table_Rank]评级：看好[Table_Authors]何立中电子行业首席分析师SAC执证编号：S0110521050001******************.cn电话：************[Table_Chart]资料来源：聚源数据相关研究[Table_OtherReport]∙电子行业：海外功率龙头Q2业绩高增，持续加码SiC产能建设∙电子行业：从英飞凌FY22Q3财报看功率板块景气度∙电子行业：中国大陆IC份额提升，关注材料、设备板块机会核心观点⚫Chiplet俗称芯粒，又名小芯片组。
它是将一类满足特定功能的die，通过die-to-die内部互联技术实现多个模块芯片与底层基础芯片封装在一起，进而形成一个系统芯片。
Chiplet工艺的出现，延缓了摩尔定律失效、放缓工艺进程时间，是后摩尔时代芯片性能升级的理想解决方案。
⚫Chiplet技术是SoC集成发展到后摩尔时代后，持续提高集成度和芯片算力的重要途径。
与SoC技术结构不同，Chiplet通过将功能丰富且面积较大的芯片die拆分为多个芯粒，同时将这些具有特定功能的芯粒进行先进封装，极大程度上提升了设计灵活性。
与传统SoC对比来看，Chiplet在功耗、上市周期以及成本等方面具有明显优势，能够有效解决纳米工艺物理极限所带来的限制。
⚫美国《芯片和科学法案》迫使芯片国产化进行加速期。
2022年8月9日，美国《芯片和科学法案》正式签署。
该法案明确规定，未来将为美国半导体研发、制造以及劳动力发展提供527亿美元补贴，同时限制相关企业10年内不得在中国增产28nm以下级别先进制程芯片。
美国对于芯片“脱钩断链”的推动，直接导致国内在芯片制程的关键节点受到限制，Chiplet工艺技术或将成为芯片性能突破的关键。
⚫电子板块行情强于大盘8月15日至8月19日，上证指数下跌0.57%，中信电子板块下跌0.55%，跑赢大盘0.02个百分点，费城半导体指数下跌3.73%。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
超越“摩尔定律”的提出 “超越摩尔定律”（More than Moore） 2005 年国际半导体技术路线图（ITRS）提出
后摩尔时代发展方向
发展方向之一-新材料 可替代硅的材料 要求：计算速度不亚于硅，但发热量要显著低于硅，并可提供足够的电子迁移率 碳基材料：石墨烯和碳纳米管
石墨烯： 2004 年由英国曼彻斯特大学首次发现。 呈二维蜂窝网格形状，厚度只有 1 个碳原子直径大小。 具有良好的电学性能和力学性能：电阻率比硅低，电子迁移率可达光速的 1/300，比在硅中快近 100 倍。 碳纳米管： 1991 年由日本筑波 NEC 实验室首次发现。 单壁碳纳米管的载流子能力高达 109A/cm2，是铜导线的 1000 倍。 卓越的电气特性和直径仅为 1 至 2 纳米的超小体积，在极短的沟道长度内也能保持对电流的闸门控 制。 发展方向之一-新材料 碳基材料：石墨烯和碳纳米管 最大制约因素：大规模精确排列。 碳纳米管已先于石墨烯发展。 2013 年，斯坦福大学采用同硅 CMOS 完全兼容的工艺实现研制出世界首个碳纳米管场效应晶体管计算 机原型芯片，面积仅为 6.5mm2，由 178 个碳纳米管场效应晶体管构成。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
概要 “摩尔定律”即将终结 ·2016 年 3 月《自然》杂志： ·受经济和技术两大因素影响，“摩尔定律”即将终结 ·2016 年 4 月，美国英特尔公司： ·无力继续遵循“摩尔定律”，特征尺寸节点的更替将由两年变为三年一代 后摩尔时代半导体产业发展方向 ·新器件 ·新集成 ·新范式 “摩尔定律”即将终结 摩尔定律 1948 年晶体管发明。 1958 年集成电路诞生。 1965 年美国英特尔公司联合创始人之一的戈登·摩尔提出“摩尔定律”。 在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的元器件数目每隔约 18～24 个月便会增加一倍，性能也提 升一倍。 一直引领和推动着全球半导体产业的发展。
半导体后摩尔时代定义-概述说明以及解释
半导体后摩尔时代定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:随着科技的不断进步和发展，半导体行业正逐渐迈入一个全新的时代，被称为半导体后摩尔时代。
在这个时代里，我们将看到许多新的技术和创新，重新定义了半导体行业的发展方向。
传统的摩尔定律认为，每18个月至两年，集成电路上的晶体管数量会翻倍，而成本会减少。
然而，随着摩尔定律的逐渐失效，半导体行业正面临着巨大的挑战和机遇。
半导体后摩尔时代将会引领行业朝着全新的方向发展，探索更多可能性和机遇。
本篇文章将深入探讨半导体后摩尔时代的定义，分析影响半导体发展的新因素，以及展望未来半导体技术的发展方向。
通过对这些内容的探讨，我们将更加深入地了解半导体行业的未来走向，以及可能带来的革新和突破。
1.2 文章结构文章结构部分是整篇文章的框架，它包括引言、正文和结论三个主要部分。
在引言部分，我们将简要介绍半导体后摩尔时代的定义和文章的目的。
在正文部分，我们将详细讨论半导体后摩尔时代的概念、影响半导体发展的新因素以及未来半导体技术的发展方向。
最后，在结论部分，我们将总结半导体后摩尔时代的含义，展望半导体技术的未来，并给出自己的结论与展望。
整个结构旨在全面探讨半导体领域的新发展趋势，为读者提供深入了解和参考。
1.3 目的：半导体后摩尔时代是指在摩尔定律不再适用的情况下，半导体技术的发展进入了一个新的阶段。
本文旨在探讨半导体后摩尔时代的定义，分析影响半导体发展的新因素，以及展望未来半导体技术的发展方向。
通过对这些内容的讨论，我们可以更好地理解半导体技术的现状和未来发展趋势，为相关行业的发展提供参考和指导。
同时，本文也旨在引起人们对半导体技术领域重要性的关注，激发更多科研人员和企业投入到半导体技术研究和创新中，推动实现半导体技术的持续发展和进步。
2.正文2.1 半导体后摩尔时代的概念随着科技的不断发展和人类对信息处理需求的不断增加，半导体行业迎来了一个新的时代，被称为“半导体后摩尔时代”。
后摩尔时代的特色工艺及中国发展机遇
2022年第5期 总第198期科学传播后摩尔时代的特色工艺及中国发展机遇◎ 张 波我国是集成电路的市场大国，半导体工艺技术的发展，怎么也绕不开摩尔定律。
1965年，时任美国仙童半导体（Fairchild Semiconductor）公司研发主管的摩尔（Gordon E. Moore）博士为《电子学》杂志撰写了一篇文章“Cramming More Components onto integrated circuits”，预测集成电路的集成度（单芯片集成晶体管数目）每年增加一倍。
1975年，已参与创建英特尔（Intel）公司的摩尔博士在IEDM（国际电子器件年会）以“Progress in digital integrated electronics”为题做主题报告，进一步将集成电路集成度的发展速度修订为每两年增加一倍。
这就是半导体业界著名的“摩尔定律”（Moore's Law）。
一、半导体行业进入后摩尔时代摩尔定律自诞生以来一直指引着半导体工艺技术的发展，这也是英特尔公司很长一段时间坚持两年一代工艺和Tick-Tock发展战略的主要依据。
长期以来，集成电路集成度的提升依赖于工艺线宽的不断缩小，从早期的10微米工艺线宽逐步缩小到现在的7纳米、5纳米工艺节点，这是以摩尔定律为引领的单一维度创新发展。
但随着集成电路工艺线宽持续降低，特别是半导体微细加工工艺进入纳米尺度后，建厂成本、工艺研发和产品研制等费用急剧增加。
一条先进的集成电路生产线建厂成本已高达150亿~200亿美元，超过新一代航空母舰（130亿美元）或一座新核电站（40亿~80亿美元）的建设成本；一个采用5纳米工艺节点的先进集成电路产品开发成本也已超过5亿美元。
因此，从2005年开始，集成电路工艺技术逐渐从单一追求尺寸依赖的先进工艺，向先进工艺（More Moore）、非尺寸依赖的特色工艺（More than Moore）和先进封装（System in Package：SiP）三个维度并举发展，半导体行业进入后摩尔时代。
后摩尔时代集成电路发展趋势
后摩尔时代集成电路发展趋势1. 前言后摩尔时代是指Moore定律面临严峻挑战、集成电路进一步发展的时代。
近年来，人工智能、物联网、云计算等新兴技术的蓬勃发展，也带来了集成电路应用层面的深刻变革。
本文主要从集成度、功耗、可重构性、智能化等方面探讨后摩尔时代集成电路的发展趋势。
2. 集成度与成本集成度是衡量集成电路功能水平的重要指标，是后摩尔时代集成电路发展的关键驱动因素之一。
随着微纳米工艺的成熟和三维集成技术的发展，集成度将持续提升。
同时，如何降低制造成本也成为了一个重要问题。
3D集成、先进封装技术等被广泛应用，有效提升了集成度。
未来，新材料的运用、先进制造工艺等将进一步降低电路制造成本。
3. 功耗与能效功耗问题在芯片研发中一直是一个难以回避的问题。
在维持较高性能的同时，如何降低功耗成为后摩尔时代的难点。
需要在设计、工艺和物理层面都进行优化。
例如，采用新型晶体管、优化芯片架构、低功耗电源等。
此外，能源消耗问题也日益重视，优化供应链，降低生产和使用的能源消耗，实现可持续发展是未来整个集成电路产业研发的方向。
4. 可重构性与灵活性可重构性和灵活性是集成电路发展过程中的新趋势。
随着人工智能、物联网等新兴应用的不断涌现，未来集成电路的应用场景变得越来越复杂。
如何根据不同需求制造适用的芯片成为一项技术挑战。
可编程逻辑器件、多核架构等技术，使得集成电路由硬件向软硬件结合方向转变，能够更灵活地适应不同应用场景需求，提高集成电路的适应性。
5. 智能化与自主研发人工智能应用的兴起，促进了集成电路的智能化发展，集成电路正在向处理器、传感器和存储器的智能化方向发展。
未来，集成电路的自主研发也将得到提升，激发芯片行业的创新潜能。
推动自主品牌芯片在中国市场的占比，提高芯片质量和技术水平。
6. 总结总体来看，后摩尔时代的集成电路，需要高度集成化、低功耗、可重构性和智能化等基本特征，并推出专门的应用芯片，通过市场化推广，满足市场需求，打破人们对主流厂商的依赖。
2019年咨询工程师继续教育-后摩尔时代半导体产业发展方向及启示-80分
一、单选题【本题型共2道题】
1.特征尺寸达到______纳米时，量子效应开始显现，“摩尔定律即将失效”的论断出现。
A．0.25μm
B．0.13μm
C．90nm
D．65nm
用户答案：[C] 得分：10.00
2.基于硅穿孔的2.5维和三维封装的区别在于前者使用了______。
A．焊点（C4 Bumps）
B．微焊点（Micro Bumps）
C．硅中间层（Silicon Interposer）
D．焊球（SolderBalls）
用户答案：[C] 得分：10.00
二、多选题【本题型共2道题】
1.______和______目前发展最迅速的两种碳基电子器件材料。
A．石墨烯
B．碳纳米管
C．富勒烯
D．石墨
用户答案：[AB] 得分：20.00
2.摩尔定律终结的原因______。
A．热死亡
B．市场碎片化
C．量子效应不可忽视
D．生产成本加速上涨
用户答案：[ABCD] 得分：20.00
三、判断题【本题型共2道题】
1.中央处理器（CPU）从2004年起转向多核方向发展，原因是无法解决散热问题。
Y．对
N．错
用户答案：[Y] 得分：20.00
2.国际半导体技术路线图（ITRS）仍决定以摩尔定律作为路线图的制定依据。
Y．对
N．错
用户答案：[Y] 得分：0.00。
未来半导体发展方向
未来半导体发展方向在当今的科技发展中，半导体技术一直扮演着非常重要的角色。
随着互联网、物联网、人工智能等新兴技术的迅猛发展，对半导体产业提出了更多更高的要求。
未来半导体发展方向将主要围绕以下几个方面展开：1. 超大规模集成随着云计算、大数据处理等领域的不断扩展，对半导体芯片的性能和集成度提出了更高的要求。
未来半导体的发展趋势将是实现更高的集成度，开发出更加高效、高性能的超大规模集成电路。
2. 低功耗、高性能在移动智能终端、智能穿戴设备等领域，对半导体芯片的功耗和性能的要求也越来越高。
未来半导体技术的发展将重点在于实现更低功耗、更高性能的芯片设计，以满足智能设备的需求。
3. 新材料与新工艺随着摩尔定律的逐渐达到极限，传统的硅基半导体技术也面临着许多挑战。
未来半导体的发展方向将会涉及到新材料与新工艺的研究与开发，如石墨烯、碳纳米管等材料的应用，以及三维集成、光电集成等新工艺的探索。
4. 量子计算与量子通信量子计算和量子通信作为未来科技发展的热门方向，也对半导体技术提出了更高的要求。
未来半导体的发展方向可能会涉及到量子比特的控制、量子态的稳定性等领域，以满足未来量子计算与通信的需求。
5. 生物芯片与医疗应用生物芯片技术作为半导体技术与生物医学的交叉应用领域，将会在未来发展中扮演重要角色。
未来半导体技术可能会结合生物医学应用，开发出更加智能、精准的生物芯片，用于医疗诊断、基因测序等领域。
未来半导体的发展方向将是多元化的，涉及到各个领域的深度融合和创新。
随着科技的不断进步，半导体技术也将不断向前发展，为人类社会带来更多更好的科技应用和便利。
全球半导体产业的发展趋势与展望
全球半导体产业的发展趋势与展望全球半导体产业的发展趋势与展望随着科技进步和全球经济发展，半导体产业逐渐成为了全球经济的重要组成部分。
半导体产业的发展对于人类社会的发展有着深远的影响，从而也受到国家和企业的高度重视。
本文将分析当前半导体行业的发展趋势以及未来的展望，以期为该行业的从业人员和读者提供参考。
一、发展趋势1.数字化转型的推动：当前，人工智能、大数据、智慧城市等新型数字技术正在飞速发展，在数字化转型的推动下，半导体行业也必须面对严峻的挑战。
在大数据和人工智能的需求下，半导体设计和生产都需要更加高效合理，从而使公司更加具有竞争力。
2.芯片智能化的发展：作为人工智能重要组成部分的电子芯片正在越来越智能化。
虽然目前人工智能的发展还在初级阶段，但半导体产业在这领域已经有了很大的投资和研究。
电子芯片的智能化是未来半导体产业发展的趋势。
3.全球化发展：由于国际间的贸易自由化和政策支持，半导体行业的全球化发展趋势将继续发展，未来将出现更加全球化的生产和供应链。
4. 5G时代的到来：5G技术的普及将极大地推动半导体产业增长。
在5G技术的引领下，半导体产业的发展方向将更加多样化、模块化和系统化。
5. 绿色半导体的应用：环保和可持续发展日益受到重视，半导体行业也不例外。
未来的绿色半导体的应用可能会为工业提供更加简洁、高效、环保的解决方案。
二、未来展望虽然半导体行业发展呈现出不少机遇，但同时也面临不少挑战。
未来的发展需要全球半导体产业持续创新、不断提高产业整体技术水平，同时还需要按照市场需求进行细分，以满足日益多样化的需求，将半导体生产从单一芯片扩展到系统级、平台级。
攻克核心领域研究难题，提高其核心技术的竞争力，是能够让我们在未来的竞争中占据优势的关键。
半导体产业的未来发展将面临全球化、专业化和多样化的新形势。
未来的半导体产业将不仅提供芯片，在工业、军事、医疗等领域也将提供各种差异化的解决方案。
半导体技术将延伸到各个领域，如人工智能、物联网以及汽车，对未来的经济增长和社会进步都将产生巨大的影响。
半导体产业的将来发展趋势
半导体产业的将来发展趋势标题：半导体产业的未来发展趋势摘要：半导体产业作为支撑信息技术发展的重要基础，正处于快速发展的时期。
本文通过对半导体产业的现状分析，展望了半导体产业的未来发展趋势。
首先，加强独立创新能力是半导体产业未来发展的重要方向；其次，人工智能、物联网和5G等新兴技术将成为半导体产业的新的增长点；最后，要解决半导体产业面临的挑战，包括国际竞争、新兴市场需求和环境保护等问题。
因此，半导体产业在未来的发展中需要不断创新和提高核心竞争力，同时注意与其他行业的合作与融合，才能更好地适应未来市场的需求。
关键词：半导体产业，未来发展趋势，独立创新，新兴技术，竞争与合作引言：当前，随着信息技术的快速发展，半导体产业作为支撑其发展的关键领域之一，正迅速崛起。
半导体器件凭借其独特的电学特性和可控性，在信息处理与存储、能源管理、通信和传感等领域发挥着重要的作用。
本文旨在分析半导体产业的现状和面临的挑战，并展望其未来发展趋势，为相关决策者和从业者提供参考。
一、半导体产业现状分析半导体产业，尤其是集成电路领域，是世界上最具活力和潜力的产业之一。
随着先进制程的不断发展，半导体产品的集成度和性能均有显著提升。
面对企业日益激烈的国际竞争，半导体厂商纷纷加大技术研发投入，提升产品水平。
同时，全球范围内出现了多个具有竞争力的半导体制造中心，如美国、中国、韩国、日本等。
这些中心的崛起加剧了半导体行业的竞争格局。
二、半导体产业未来发展趋势1. 加强独立创新能力独立创新是半导体产业未来发展的重要方向。
当前，虽然国内半导体企业在技术上有了一定的积累，但依然存在技术落后、依赖进口等问题。
为了突破这一瓶颈，半导体企业需要加大自主创新力度，提高核心技术的研发能力。
同时，政府要提供更好的政策支持和环境，鼓励企业加大投入，培养和引进高端人才，为半导体产业的发展提供有利条件。
2. 新兴技术成为增长点人工智能、物联网和5G等新兴技术的兴起将为半导体产业带来新的增长点。
后摩尔时代,集成电路“两大壁垒”如何闯
•信息天地•后摩尔时代,集成电路“两大壁垒”如何闯“摩尔定律”是集成电路行业所遵循的规律,是指价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，每隔18-24个月便会增加一倍,器件性能亦提升一倍。
然而，近年来，诸多数据统计显示，晶体管数目增加逐步放缓，半导体行业更新迭代速度减慢。
随着工艺节点演进，摩尔定律越来越难以持续，集成电路产业已进入“后摩尔时代”,要坚持产业导向，合作共赢。
过去60余年，集成电路以惊人的速度在缩小，现在1平方厘米硅片上可以集成超过50亿个晶体管。
从电子管计算机发展到智能手机,微观器件的加工面积缩小了万亿级。
“后摩尔时代”来临，中国集成电路产业面临重大机遇。
当前，我们面临两大壁垒。
其一是政策壁垒，主要来自巴黎统筹委员会、瓦森纳协议的困锁，先进工艺、装备材料和设计、EDA（电子设计自动化）软件等产业链的三大环节被“卡脖子”o其二则是产业新壁垒。
国际集成电路行业的龙头企业提早布局，在发展中掌握了专利核心技术,使得中国相关企业很难“闯”过去。
而产业上的难点主要体现在技术上，中国半导体行业必须尽快做强核心专利，甚至要有一些“进攻性”的专利与其抗衡。
专家们认为，国际供应链有管控,拿来主义的红利不会再有了，必须依赖于技术创新。
“后摩尔时代”可做的事情更多，在封装测试、设计系统创新等方面要做得更好。
14纳米、10纳米、7纳米，先进的半导体制程愈发浓缩，已无限接近硅材料的物理极限,创新突破越发困难。
目前,10纳米节点以下先进产能占17%,83%市场在10纳米以上节点。
在先进制程研发不占优势的情况下，我国可以运用成熟的工艺，提升芯片的性能。
本土可控的55纳米芯片制造,比完全进口的7纳米更有意义。
在这方面，国内一些相关企业已有成果。
例如，芯盟科技研发出超高性能异构AI芯片，打破了传统同构芯片内储存与计算间的数据墙,实现了数据存储、计算的三维集成。
人才是创新的第_动力，集成电路产业人才需求缺口达30万。
教育部将“集成电路科学与工程”作为一级学科,清华大学成立芯片学院,浙江大学杭州国际科创中心集中力量引进培养一流人才……我国在努力打通前沿科学研究、颠覆性技术研发和成果产业化的全链条。
后摩尔器件发展现状与未来趋势
文章摘要在经过半个多世纪的高速发展后，摩尔定律预测的晶体管尺寸缩微已接近量子物理极限，信息社会正在进入后摩尔时代。
相关领域的前沿研究早已展开，超摩尔器件、感存算一体、神经形态计算等新概念纷纷涌现，各种新材料、新器件和新技术层出不穷，并在大数据、物联网、人工智能等新兴领域展现出广阔的前景。
文章重点梳理了核心后摩尔器件技术的发展脉络，分析其面临的挑战，总结未来发展趋势和应用前景，并提出相应建议。
1核心后摩尔器件技术及面临的挑战在微电子技术领域，摩尔定律主导的主流器件技术是以硅基为代表的微电子器件。
在过去60多年的漫长时期内，全球范围的技术创新基本上是围绕器件物理尺寸的缩微化来进行的，其特征关键词为体材料、可缩微性差、低能效、低异质集成能力等。
然而，后摩尔时代的核心器件基本是以新材料体系、新器件原理所驱动的新一轮创新，特征关键词为新材料、极限可缩微性、高能效、易于异质集成等。
正是由于摩尔定律的终止以及新兴材料的快速崛起，使得基于新器件技术的新一轮芯片革命成为全球的关注聚焦点。
后摩尔器件将通过非传统物理尺寸缩微的新技术路径，延续摩尔定律的精神，即性能/算力提升、能耗降低以及成本降低，并将集成电路芯片技术带向新的发展阶段。
后摩尔核心器件按其功能可划分为逻辑器件、感知器件、记忆器件等。
逻辑器件是集成电路的基本组成元件，其代表是晶体管，也是构建布尔逻辑运算及进行复杂信息处理的最底层硬件；感知器件是芯片与外在世界的交互界面，能将物理世界的各种信息转换成电子信号，其在物联网、自动驾驶、机器人、可穿戴设备等大量新兴应用场景具有举足轻重的地位；记忆器件则承担信息的存储任务，在以大数据、深度学习/人工智能为代表的后摩尔时代，其重要性与日俱增。
与此同时，为突破冯·诺依曼架构的瓶颈，由生物脑启发得来的类脑计算，则需要开发人工神经元、人工突触等新一代仿生电子器件，来进行大规模、并行式、高能效、低延迟的数据信息处理。
2023半导体行业深度：后摩尔时代新星,Chiplet与先进封装风云际会
SoIC (3D整合芯片系统)CoWoS (2.5D封装)InFO (2D/2.5D封装)Flip-Chip (覆晶封装)其他
9965
12500
15500
晶粒价格($)
16.43
16.43
18.26
23.57
30.45
资料来源： International Business Strategies，剑桥咨询，
每10亿个晶体管的成本($) 4.98 4.98 2.65 2.25 2.16
制程
16nm
10nm
7nm
5nm
3nm
芯片面积(mm2)
125
87.66
83.27
85
85
晶体管数量(十亿个)
3.3
4.3
6.9
10.5
14.1
晶粒总数/单片晶圆
478
686
721
707
707
晶粒净产出/单片晶圆
359.74
512.44
545.65
530.25
509.04
晶圆价格($)
5912
8389
摘要
一、接棒后摩尔时代， ChipFra biblioteket和先进封装协同创新
二、 Chiplet新蓝海，国产设计大机遇
三、先进封装如火如荼，产业链全面受益
目录
◼ “摩尔定律”继续推进所带来的“经济效益”正在锐减。 随着制程工艺的推进， 单位数量的晶体管成本的下降幅度在急剧降低。 从16nm到10nm，每10亿颗晶体管的成本降低了23.5% ，而从5nm到3nm成本仅下降了4%。而当芯片制程接近1nm时， 就将 进入量子物理的世界，现有的工艺制程会受到量子效应的极大影响，从而很难进一步进步了。除此之外， 新工艺制程也带来了 高昂的科研成本。◼ 先进封装和Chiplet备受瞩目。 由于摩尔定律的经济效益降低，不能再只依赖工艺和架构等少数几个维度去实现性能和复杂度 的指数型提升。业界将注意力从单纯的依靠制程工艺的提升来推动单个硅片上单位面积的晶体管数量提升，转变到通过成本相 对可控的复杂的系统级芯片设计来提升整体的性能和功能。 在设计维度看好Chiplet技术， 在制造维度看好先进封装技术，以实 现花同样的钱得到更多的晶体管密度和性能。
吴汉明院士对“后摩尔时代的芯片挑战和机遇”思考
表１ 后摩尔时代的技术方向
硅技术
新兴技术
“硅·冯”范式
类硅模式
冯·诺依曼架 二进制基础的MOSFET和CMOS（平面）和泛CMOS 现行架构下NC FET（负电容）、TFET（隧穿）、
构
（ 立ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体 F i n F E T 、 纳 米 线 环 栅 N W F E T 、 碳 纳 米 管 相变FET、SET（单电子）等电荷变换的非CMOS技
目标主要是 4 个：PPAC （ 性 能、 功 率、 面 积、 成 本），它们必须在 2~3 年内 分 别 提 升 15%~30%。 ① 性 能：电压不变，工作频率增 加 15% 以上；②功率：性能 不变，功率减少 30% 以上； ③面积：减少 30% 的芯片面 积；④成本：晶圆成本增加 ＜ 30%，使得缩放裸片成本 减少 15%。
全球芯片制造的主要装备有：光刻、刻蚀、CVD、 CMP、检测等，这些装备各个国家所占的比例如图 3 所示。
3 制造工艺的三大挑战
1）基础挑战：精密图形。以光刻机为主要装备的 工艺现在主要是用波长 193 nm 的光源曝光出二三十纳 米的图形。根据光学基本知识，当波长远大于物理尺寸 时，物理尺寸的投影会非常模糊，但是光刻工程师就做 到了，现在 7 nm 也可以用 193 nm 波长的曝光工艺。
以上所有数据由兴威帆公司提供
研发平台，目的有 3 个：①
希望把设计和制造创新一体
化，同时也是针对后摩尔时
代碎片化的市场以小批量、
多样化在实验平台上进行很
2021.7 5
D esign & Application 设计应用 元器件
3 结束语
阻值测量在电子元器件的检验中使用的次数及其频 繁，若要对成千上万的元器件进行检测，需要花费相当长 一段时间，非常耗时费力，使用该仪器进行测量节省了时 间和人力。该仪器电路简单，测量误差不大，适合实际使用。
后摩尔定律时代：SoC_and_SiP
[3]蔡坚等
系统级封装(SiP)集成技术的发展与挑战 中国集成电路 2006 [4]胡杨等 系统级封装（SiP)技术研究现状与发展趋势 电子工业专用设备 2012 [5]田民波 高密度封装进展之三——SiP与SoC 印制电路信息 2003 [6]冯小伟 电子系统追求小型化 SoC、SiP 各施所长 中国电子报 2008
Thank
you
图3.1 SiP的封装形式分类
SiP 的特征
一、以衬底硅片作为封装基板； 而用硅片作为基板，特别是以倒扣和穿透的互 连， 可以减小芯片与基板之间热应力影响 二、更多地采用硅加工技术，例如光刻等； 三、不仅是实现分立元器件的互连, 而且是将一些元器件直 接做在硅片上。
图 3.2 典型 SiP 多功能成示意图
四、SoC
VS
SiP片上系统
图 4.1 SoC与SiP分别置于天平两端
成本方面：
图4.2
蜂窝式手持电话SOC与SiP结构示意图
表1 蜂窝式电话电路采用SOC与SiP设计成本分析表
知识产权方面：
由于缺乏 I P 设计规范和标准 ,设计风格的差异导致 I P 核交流复用的困难和风险 ,阻碍 了 SO C 的快速发展；即使 IP有统一设计标准，但各个企业因追求经济效益以及保密限 制等,彼此之间会形成壁垒 ,他们之间的交流不可能象人们想 象的那样活跃。
7
SoC的基本组成：
• • • • • • • • • 系统芯片控制逻辑 微处理器/微控制器 数字信号处理器DSP 嵌入存储器 接口模块 模拟前端（ADC/DAC） 电源提供和功耗管理 射频前端 ……
图2.1 SoC设计流程示意图
图2.2 SoC系统级研究内容
SOC 与单功能芯片相比有如下优点：
IC在后摩尔时代的挑战和机遇
IC在后摩尔时代的挑战和机遇
后摩尔时代的特点
随着工艺线宽进入几十纳米的原子量级，反映硅工艺发展规律的摩尔定律最终将难以为继。
于是，在后摩尔时代，充分利用成熟的半导体工艺技术，在单个芯片上实现更多功能与技术的集成已成为IC技术最重要的关注点，系统芯片(SoC)的出现意味着IC已经从当初的电路和规模集成，发展到信息时代的知识集成。
这种转变将产生多方面的深远影响。
首先，IC发展到系统芯片，已经在相当程度上改变着IC设计行业自身的组织结构。
SoC需要将特定电子系统所包含的各项专业技术集成到单个芯片上实现，需要不同专业背景和不同知识领域的融合。
IC设计已扩展到系统算法设计、嵌入式CPU/DSP软硬件协同设计、芯片的逻辑设计与版图设计、芯片测试与可靠性及良率控制、芯片应用硬件解决方案与嵌入软件解决方案开发等完整的电子产品开发过程。
这种宽泛的知识与人才需求，不是某个特定专业可以培养出来的，作为芯片设计企业，需要通过不同专业知识与人才的组合，实现知识集成与人才集成。
第二，IC发展到系统芯片，已经深刻地影响到以IC为核心的整个电子产品行业的产业结构。
原先由整机企业承担的系统解决方案开发任务已前置到芯片设计企业内部，解决方案架起了芯片转化为产品的重要桥梁。
由于各种功能和服务被集成到芯片上，提供方便快捷的完整解决方案已成为芯片设计企业在第一时间占据市场的最重要竞争手段之一。
与这种发展相适应，对整机企业而言，可以把从方案开发中解脱出来的训练有素的技术人员，更多地投入到质量与品牌管理，通过外包生产和质量控制，实现全球性资源整合，从中国品牌。
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皮划
8
键区域热固性聚合材料中加入石墨烯，提升抗断 烯的应用范围扩展到传统行业之艇裂能力外
其他二维材料
包括二硫化钼、六方氮化硼、二硒化钨、氟代石墨烯和硅烯等
从机理和生产工艺上，都仍未达到完全成熟可替代硅的水平
黑砷磷（@2015）
二维氮化镓（@2016）
硼墨烯（@2016） 发展方向之一-新原理 基于电子新自由度 目前依赖于电子的电荷特性来实现器件的开和关。 电子其他自由度：自旋和谷自由度。 自旋电子 自旋特性于 20 世纪 20 年代发现，但直到 1988 年巨磁阻效应被发现，才逐渐成为各国竞相开展的研 究热点。 原理：或将自旋或磁性作为信息的载体，通过电流或电压进行操控；或将自旋或磁场作为操控电荷或 电流信息的手段。 能耗远低于传统电子器件，具有体积小、速度快、抗辐射能力强、噪声低、运算速度快和数据非易失 性等优点，可集信息的传输、处理和存储于一身。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
概要 “摩尔定律”即将终结 ·2016 年 3 月《自然》杂志： ·受经济和技术两大因素影响，“摩尔定律”即将终结 ·2016 年 4 月，美国英特尔公司： ·无力继续遵循“摩尔定律”，特征尺寸节点的更替将由两年变为三年一代 后摩尔时代半导体产业发展方向 ·新器件 ·新集成 ·新范式 “摩尔定律”即将终结 摩尔定律 1948 年晶体管发明。 1958 年集成电路诞生。 1965 年美国英特尔公司联合创始人之一的戈登·摩尔提出“摩尔定律”。 在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的元器件数目每隔约 18～24 个月便会增加一倍，性能也提 升一倍。 一直引领和推动着全球半导体产业的发展。
池
特征的电极及锂氧充电电池
90%，可重复充电超过 2000 次
神经 发现石墨烯可与神经元细胞相互作用，并保证后 石墨烯有望用于制造大脑植入
6
元 者的完整性
物，实现对大脑的控制
光滑 发现石墨烯纳米带在物体表面滑动时具备超润滑
7
有望研发出纳米石墨烯光滑涂层
涂层 特性
研制出首个采用石墨烯材料的皮划艇，在船身关 石墨烯皮划艇通过了比赛，石墨
“摩尔定律即将终结”的论断开始出现 2004 年特征尺寸进入 90 纳米，量子效应开始显现，“摩尔定律即将失效”的论断至此未曾平息。 在固体电子学中，半导体中的电子也具有波粒二相性，其波动性表现为电子的空间位置分布。在动量 空间中遵循几率波的波函数规律，其波长为 50～100 纳米尺度。 纳米尺度和半导体中电子的德波罗意波长相当。在该尺度中，电子的量子效应将起重要作用。
世界首个碳纳米管计算芯片（@2013） 2016 年 10 月，美国劳伦斯伯克利国家实验室使用二硫化钼和碳纳米管，研发出全球最小、栅极仅为 1 纳米的晶体管，推翻此前“无法实现小于 5 纳米栅极”的产业共识，证实晶体管尺寸仍可缩小。
纳米晶体管结构示意图（@2016） 2016 年 11 月，IBM 表示使用化学“诱骗”的方法，可使纳米管自生长成所需结构，进而制造出具备 极低功耗、运算速度提升 6～10 倍的芯片，可开发曲面电脑、可注射芯片等应用。 石墨烯在除器件外的更多领域发挥作用
IBM 的碳化硅芯片生长技术（@2016） “石墨烯旗舰”项目第一阶段所获代表性成就
序 研究 主要进展
号 范畴
意义
制造 在液体中使用旋转搅拌工具实现石墨烯薄片的分 为低成本、大批量生产高质量石
1
方法 离
墨烯铺平道路
压力 研制出小型、高效、高可靠挤压薄膜压力传感 在移动终端和可穿戴设备领域应
2 传感 器，传感能力是现有硅器件的 45 倍，尺寸减少了 用前景巨大
“摩尔定律终结” 真的来了 2016 年 3 月上旬，英国《自然》杂志发文指出，摩尔定律将彻底终结，全球半导体行业也已达成共 识。 2016 年 3 月下旬，英特尔表示无法按预期实现本应在 2015 年底完成的 10 纳米生产工艺量产，不得 不延长 14 纳米 Skylake 微处理器架构的生命周期；且发展策略放缓为三步走。 企业与原材料和设备供应商关系密切，自行协调发展。 不再以摩尔定律作为路线图的制定依据。
超越“摩尔定律”的提出 “超越摩尔定律”（More than Moore） 2005 年国际半导体技术路线图（ITRS）提出
后摩尔时代发展方向
发展方向之一-新材料 可替代硅的材料 要求：计算速度不亚于硅，但发热量要显著低于硅，并可提供足够的电子迁移率 碳基材料：石墨烯和碳纳米管
石墨烯： 2004 年由英国曼彻斯特大学首次发现。 呈二维蜂窝网格形状，厚度只有 1 个碳原子直径大小。 具有良好的电学性能和力学性能：电阻率比硅低，电子迁移率可达光速的 1/300，比在硅中快近 100 倍。 碳纳米管： 1991 年由日本筑波 NEC 实验室首次发现。 单壁碳纳米管的载流子能力高达 109A/cm2，是铜导线的 1000 倍。 卓越的电气特性和直径仅为 1 至 2 纳米的超小体积，在极短的沟道长度内也能保持对电流的闸门控 制。 发展方向之一-新材料 碳基材料：石墨烯和碳纳米管 最大制约因素：大规模精确排列。 碳纳米管已先于石墨烯发展。 2013 年，斯坦福大学采用同硅 CMOS 完全兼容的工艺实现研制出世界首个碳纳米管场效应晶体管计算 机原型芯片，面积仅为 6.5mm2，由 178 个碳纳米管场效应晶体管构成。
器 25%
光电
研制出基于晶圆级石墨烯的红外光纤通信系统用 增加信息传输总量，减小体积和
3 子器
高性能光探测器
成本
件
柔性
4
研制出世界首个背板含石墨烯的柔性显示器
显示
具有低功耗、长寿命等优点，适 用于多种环境
研发出装有石墨烯纳米片墨水的正极及锂离子充
可充
能量转换效率提升 20%
电电池
5 电电
研发出由石墨烯和添加剂组成、呈现多孔和松软 能量密度高，能量转换效率超过
“摩尔定律”终结原因 技术 ·热死亡 ·量子效应 经济
·市场碎片化 ·生产成本加速上涨 技术原因 热死亡：由于无法有效散热 微处理器速度<4GHz（@2004 年） 单核→多核 依旧只是缓兵之计 对微处理器算法要求苛刻 仍无法满足特征尺寸微缩加剧的散热需求 量子效应 量子效应日益显著， 电子行为将受限于量子的 不确定性，晶体管也不可靠