芯片業迎來發展新契機，英特爾/臺積電如何引領“虛擬”摩爾定律時代

臺灣半導體產業協會的理事長盧超群預期“虛擬”摩爾定律時代即將來臨，并將有機會為晶片產業再次迎來成長和盈利…

臺灣半導體產業協會(TSIA)理事長盧超群(Nicky Lu)正期待“虛擬”摩爾定律(“virtual”Moore’s Law)時代的來臨，因為它將有機會為晶片產業再次迎來成長和盈利。

“半導體產業即將出現另一個30年的成長期。”盧超群在接受《EE Times》采訪時預測，“我們即將見證‘實質’的1nm制程技術出現。屆時摩爾定律將以‘虛擬的’摩爾定律形式存在。”

半導體產業需要再次起飛。管理諮詢機構麥肯錫(McKinsey)在2015年的一份報告中指出，從1995年到2008年，這個領域出現了7%的復合年成長率(CAGR)，為股東帶來較整個股票市場更高三倍的投資報酬。現在，情況明顯有了很大的變化。

盡管有些半導體公司持續成長以及不斷并吞較小規模的競爭對手，但這個領域的整體成長和營收卻一直在下滑。

盧超群認為，半導體產業將有機會擺脫年營收約4,000億美元的停滯期，并在1nm時實現1兆美元的營收前景。他在日前于日本富山市舉行的“IEEE亞洲固態電路會議”上發表《新晶片途徑》(A New Silicon Way)一文，描繪了一個突破晶片傳統線性微縮限制的新時代。

線性微縮明顯已經達到實體極限了。盧超群指出，“人們經常說致力于10nm制程，但你其實找不到任何線寬達到10nm的這個等級。”

擺脫2D平面

這正是技術發展轉而采取非線性路線的原因。2011年，英特爾(Intel)發布了三閘極(Tri-gate)技術，率先從平面開發的晶片上電晶體轉向三維(3D)結構。采用3D結構后，即使是微縮0.85倍也能讓電晶體密度達到像是以2D平面方式實現0.5倍微縮的效果，盧超群指出。

其它公司也紛紛追隨這一趨勢。東芝(Toshiba)建構了48個層3D NAND，這款記憶體已經用在蘋果(Apple)的iPhone 7智慧型手機上。三星(Samsung)更進一步打造64層快閃記憶體元件。盡管其技術水準大約只有32nm，但實際上等同于13nm的效果，盧超群表示。

“我們現在正處于采用垂直電晶體的‘Silicon 2.0’時代，微縮參數大約在0.8至0.85之間。”他指出，“而到了‘Silicon 3.0’就會像是一種3D的形式。我們將見證越來越多的業者朝此方向發展。”

正如盧超群在發表的論文中所描述的，他預計在‘Silicon 4.0’將出現飛躍式進展。在當前3.0基礎上的技術進步催生了許多新的應用，如擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)和機器智慧，他表示。下一個階段則是他所謂的“異質整合”(heterogeneous integration)，或透過像整合式扇出(InFO)等技術實現矽晶和非矽晶材料的整合。

展望InFO和更先進技術

InFO是臺積電(TSMC)公司開發的一種封裝技術，由于將接合焊盤放在矽晶邊緣，因而不需要再與基板互連。InFO可以使封裝厚度減小20%、速度提高20%，同時提高10%的熱性能。

英飛淩科技(Infineon Technologies)在2008年將這種技術發展成為嵌入式晶圓級球閘陣列(eWLB)，用于削減成本和封裝厚度，同時提升元件的整合度。然而，在臺積電推出商用化InFO之前，良率問題一直阻礙著這種新技術的導入。

“這種新的InFO結構將引領異質整合進入Silicon 4.0時代。”盧超群表示，“另一項創新是直通互連通孔(TIV)技術，它就像是利用一條管柱使晶片與外部連接。這樣就能同時為晶片內部與外部實現水平和垂直互連能力。這是異質整合持續發展的關鍵。過去由于沒有InFO技術因此無法實現TIV。”

如今，藉由InFO技術，晶片可以直接連接諸如透鏡、感測器或致動器等目前嵌入于系統中但仍未微型化的元件，盧超群指出。

“這就是使用InFO實現的晶片與非晶片的異質整合。”他表示，“目前這些元件全部都被安裝在印刷電路板(PCB)上，需要消耗很多功率。現在我們離最佳化的功耗還有5個數量級。”

在盧超群看來，這正是代工廠、晶片設計者和系統公司得以展開合作的新機會。晶片領域目前的整體產業規模約有3,000億美元，但消費性電子則是一個擁有高達1.6兆美元的產業，他指出。

系統制造商需要異質整合來打造體積更小、功耗更低的元件，盧超群表示。

“未來將會十分順利地過渡到這些新技術，畢竟我們距離摩爾定律的終結還有兩代之遙。”盧超群表示，“三閘極、3D NAND和InFO等技術的進展如今都非常順利。未來，晶片將持續微縮到5nm，而能夠實現等效于1nm平面架構的性能。”

編輯：admin  最后修改時間：2018-01-05