·除了新器件、新材料、新工艺持续往前发展，魏少军认为，未来集成电路发展有两条新路径：一是芯片架构的创新，另一条路是采取微纳系统集成的办法使得产品能够异军突起。
欧亚科学院院士、清华大学和北京大学双聘教授魏少军在上海集成电路大师讲堂演讲。
“中国集成电路设计业的发展是不容忽略的一大亮点”。8月30日，2022“海聚英才”上海集成电路大师讲堂第二期“设计篇”在上海集成电路设计家当园开讲。欧亚科学院院士、清华大学和北京大学双聘教授魏少军在演讲中回溯了集成电路设计业发展的历史，并先容了当下中国集成电路设计业发展的最新进展与寻衅。在他看来，破解半导体微缩瓶颈的方法除了新器件、新材料、新工艺持续往前发展还有芯片架构创新以及采取微纳系统集成两种新路径。
上海集成电路“大师讲堂”系列活动（第二期）由上海市人才办、市经济信息化委、市发展改革委、市科委等部门联合主理，旨在汇聚英才、吸引资源共同打造天下级集成电路家当集群。
“半导体、微电子、集成电路”三者的差异
“我常常会被人问到，你们从事集成电路的人，一会说半导体，一会说微电子，一会说集成电路，这三个词到底是不是一回事？”
魏少军以三个名词的科普开始了自己的演讲。他阐明，这三个词并不是一回事。半导体讲的是一种材料，集成电路是构筑在半导体材料上的一种器件，微电子则是在半导体材料上构建集成电路的方法和工艺。虽然各有不同，但大家平时很少严格区分，缘故原由在于很难把三者绝对割裂。
上世纪50年代，科学家致力于发展的是半导体，有了半导体专业；到了80年代，如何在半导体上构建集成电路更受关注。由于对工艺、方法、技能理解不多，因此这一期间集中精力节制微电子干系知识，于是成立了微电子所、微电子学院、微电子专业；2020年往后，“我们看到我们终极实际上要实现的是集成电路的产品。我们对半导体材料和微电子技能的理解，目标是要构建集成电路。”因此，2020年12月尾，集成电路正式被设置为一级学科。一批高校也相继成立集成电路学院。
“从半导体、微电子到集成电路三部曲，终极我们还是把它聚焦到集成电路产品上。”魏少军表示，集成电路设计永久站在产品开拓的第一线。所谓集成电路设计，从技能角度看，是指从运用出发，抽取出相应的设计规格，设计工程师利用各种设计工具完成电路设计，再交由集成电路制造厂制造出集成电路产品。集成电路设计的另一道含义是指商业模式。在EDA、IP、设计做事、装备材料等支撑下，依托集成电路制造、封测，终极实现集成电路产品做事于客户。
集成电路设计崛起受益于代工模式
追溯集成电路设计业的快速发展，其得益于家当分工的细化，尤其是与其相辅相成的代工企业的崛起。
1984年，环球首家Fabless（无晶圆IC公司，紧张是设计公司）企业赛灵思成立，首创了芯片设计业的先河。但芯片设计的快速崛起始于1987年台积电成立。
“设计公司的产品须要找工厂加工，但之前都是一些非专业的加工，碰到了很多麻烦，产品有了问题后两者会扯皮，到底是制造的问题，还是设计的问题。台积电出台的标准化让所有设计公司有章可循，只要按照它的标准来做设计担保能成功，不堪利就赔钱。”
由于晶圆制造本钱快速飙升，而Fabless资产轻、初始投资规模小、对市场需求反应快速、转型相对灵巧等特点使得其备受青睐。到1990年前后，高通、英伟达、联发科等大量Fabless公司成立，Fabless迅速崛起。数据显示，1994年-2010年，集成电路设计业处于井喷期，收入的年均复合增长率达21.66%，同期IDM（集芯片设计、制造、封测等多个环节于一体）的年均复合增长率为4.7%。2010年-2021年，集成电路设计业收入的年均复合增长率降至10%，但仍高于同期IDM的4.5%。2010后，Fabless进入稳定发展期，2021年占比升至31.6%。
魏少军表示，这表明设计+代工的商业模式展示了非常强的生命力。对付代工厂而言，设计公司生产订单的添补使得代工厂具备规模效应，摊薄单位本钱，进而能获取更多设计公司的生产订单。对付设计公司而言，代工厂的生产本钱降落，也就降落了设计公司的进入门槛，进而催生了更多设计公司。
中国芯片设计业已具可不雅观规模
就中国而言，近年来芯片设计业的发展之快有目共睹。据先容，2021年，中国芯片设计企业已超2800家，全行业发卖估量为4586.9亿元，同比增长20.1%。2021年中国已有400余家设计企业年发卖额超过1亿元，两三家企业超过100亿元，相称一批企业超过了10亿元。
从集成电路设计的区域发卖情形来看，长江三角洲地区霸占半壁江山，京津环渤海地区、珠江三角洲地区紧随其后；去年所有发卖规模进入前10的城市设计业发卖增速都超过了60%，个中增速最高的城市是济南，增速达到了193.9%。
从2021年的发展来看，消费类电子占到较大分量，通信占比略微低落。但通信在集成电路发展中一贯霸占非常主要的历史地位，魏少军认为随着关键技能打破往后，中国在通信、打算机电子方面的发展指日可待。
“中国集成电路产品的发展有自身特点，以中低端为主，高端产品不是太多，但也不是没有。”在魏少军看来，我们已经有了相称可不雅观的家当规模，也有了完全的产品体系，下一步的发展是从追赶到并行，并在部分领域逐渐实现领跑。
魏少军表示，集成电路设计的终极目标是集成电路产品，与用户的关系非常紧密，因此要牢牢与客户联系，理解他们的运用，理解他们的需求，以创新为动力驱动发展，“中国的运用如果要走到天下前列，芯片设计职员必须站在时期潮头，勇当弄潮儿，才能引领产品发展。”
集成电路设计业的寻衅与破题
经由多年景长，集成电路设计业当下有哪些新的发展趋势，又面临哪些寻衅？
魏少军先容，在尺寸微缩技能下，单个芯片上可以集成的晶体管数量是天文数字，比如5纳米工艺下，一个平方毫米上可以集成大约1.1亿晶体管，系统繁芜度极其高。
但一方面，集成电路集成度在不断提升，运用领域在拓展；另一方面，本日的半导体微缩技能已经逼近物理极限，未来一定会受到限定。此外，芯片设计还面临速率、功耗、灵巧性、软硬件折衷合营运用的困境。
除了新器件、新材料、新工艺持续往前发展，魏少军认为，未来集成电路发展有两条新路径：一是芯片架构的创新，另一条路是采取微纳系统集成的办法使得产品能够异军突起。
个中，运用定义软件、软件定义芯片，带来了全新打算模式，是架构上的创新。所谓软件定义芯片，是将软件划分成可以在基元（即多功能的打算单元）阵列上运行的子任务，按照任务依赖关系将子任务逐块映射到基元阵列上运算。这类基元阵列架构可以通过编程的办法改变芯片连接和芯片功能。
至于系统集成，魏少军阐明说，2.5D封装是多少个芯片并排排列在中介层上，通过中介层上的硅穿孔、再分布层、微凸点等，实现芯片与芯片，芯片与封装基板间更高密度的互联；而3D封装是将各芯片直接堆叠，可以把不同工艺设计的芯片集成在一起。
魏少军表示，利用架构创新和系统集成创新两种新路径研发的超高性能近存打算芯片，即便利用成熟制造工艺，仍可实现优于主流前辈工艺CPU/GPU 1-2个数量级的能量效率，目前已经完成相应技能验证。
任务编辑：吴跃伟
校正：张艳
