Reserch
order

高科技产业齐步走-技术节点的新命名

  • 林育中

最近产学界人士提出了新的技术节点指标,包括了一组逻辑密度、存储器密度和两者之间的联机密度3个维度,以毫米平方为面积单位。

摩尔定律常被用来展示半导体发展的结果,但是如果说摩尔定律是半导体发展的原因其实更贴切事实,业内的人喜欢用自我实现的预言(self-fulfilling prophecy)来称呼摩尔定律。摩尔定律的概念初生于1965年,这时离Fairchild半导体做出第一个集成电路也不过5、6年,一个短期产业现象学观察的趋势却能奇迹似的成为贯穿一甲子的定律,背后有它必然的理由。

半导体是一个技术变动快速、加值链环节多且复杂的产业,经济价值的持续创造依赖于产业中各加值环节的高度同步协作,像现在流行的「设计技术协同优化」(DTCO;Design-Technology Co-Optimization)就只是其具体实现的一部分。稍远的,像20年多前订定的300mm晶圆厂规格,许多信息流、自动化、安全等规格与近年来才兴起的工业4.0相比一点也不逊色,这也是产业内高度同步协作的具体实施结果。

也就是说摩尔定律概念被提出时虽然只是个短期的现象学观察,但是它迅速的转换成业界的协同发展时程规范,就如同集成电路中的clock。由其再衍生出的各种制程、产品、设备、材料等共同标准绵密的协调各价值环节。可以説,摩尔定律规划、协调半导体产业,使之成为极为有效的价值创造机器,所以它是因,不是果。

这个策略如此有效,以致于新兴的高科技产业如量子计算也争相模仿。量子计算机领先群中的IBM就倡导量子体积(quantum volume)的概念,这个概念大致是量子计算可以准确操作的一个指标。IBM已显示过去3、4年间量子体积以每年2倍的速率成长,这是一个类似摩尔定律的产业发展蓝图—藉技术发展路标的印象铭刻来驱动整个产业齐步走。

可是这个产业驱动策略现在逐渐面临挑战。功能上,近似摩尔定律的进展其实持续发生,譬如每个逻辑芯片中都有的SRAM的面积在7nm时约0.04μm2,5nm时约0.02μm2,节点间的元件密度大概还是以2倍的速度在增加,但是节点的命名却与现实中的物理特性脱节了,对于产业协作因而不甚有用。

原先节点的命名在逻辑制程是以闸极长度(gate length)命名,在存储器则是以半金属节距(half metal pitch,上层金属联机间的半间距长),二者均能准确反应元件最关键的特性尺寸,而且与平面制程的最高分辨率息息相关。但是近年来的半导体制程进展已不仅依赖于关键尺寸的微缩,3D制程、封装、材料等多元努力也一起推动了技术前进的步伐,以关键尺寸命名的技术节点已逐渐失去其协调的效用。

所以最近一群产、学界的人士,包括台积电、史坦福、MIT、柏克莱的管理人员及教授在IEEE提出了新的技术节点指标(metric),这个指标以高效能计算为技术评价指标中心,包括了一组逻辑密度、存储器密度和两者之间的联机密度3个维度,以毫米平方为面积单位。其中联机的方法包括印刷线路板、中介板、芯片对晶圆和晶圆对晶圆对晶圆的直接键合,乃至未来的3D单晶堆叠,这里面已经包含了广义的制程进展。这3个维度的高度匹配、平衡标志著计算能力的提升。

这个新的指标的确能清楚而且精确的描述出技术的特性,甚至是连速度、散热的讯息都间接隐藏在其中。以现在最先进的制程为例,这指标读起来象是[38M, 383M, 12K]。有了明确的意涵,技术路标才能发挥协调产业的作用。这个倡议立意良好,兴许能当半导体产业持续发展的灯塔。

我只有两点小意见。命名要能家喻户晓,讯息要简单。上面那个最先进制程的名字叫什么,你记得了吗?还有,在异构集成的技术发展轴在线,应用才是半导体最大的价值推动力。这个倡议技术指标的核心议题是高效能计算,其它的应用怎么定义指标产业才能齐步走呢?

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。