中科院院士毛軍發(fā)：未來60年是集成系統(tǒng)時代 國產(chǎn)射頻EDA軟件和W波段毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)突破

（電子發(fā)燒友網(wǎng)報道 文/章鷹）8月18日，2022年世界半導(dǎo)體大會在南京國際博覽中心盛大召開。2022年中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨增速下滑，在集成電路創(chuàng)新方面遭遇美國打壓的外部環(huán)境下，如何從集成電路技術(shù)上把握國產(chǎn)替代最佳路徑？中科院院士、深圳大學(xué)校長毛軍發(fā)先生帶來最前沿的思考和解析。

圖1：中科院院士、深圳大學(xué)校長毛軍發(fā)

中國集成電路落后三大原因

中科院院士、深圳大學(xué)校長毛軍發(fā)認(rèn)為，集成電路是一個國家綜合科技實(shí)力乃至綜合國力的反映，中國集成電路的先進(jìn)技術(shù)長期受到西方封鎖，產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)都是落后的原因。

三個方面的落后尤為明顯。一、EDA落后，主要體現(xiàn)是研究算法的較多，但是很零散，沒有規(guī)劃和集成，沒有形成能力；二、裝備落后，主要是整體能力和市場環(huán)境等多方面因素。三、器件和電路落后的原因，材料落后、工藝的穩(wěn)定性不足，缺乏工匠精神。

從集成電路向集成系統(tǒng)轉(zhuǎn)變！chiplet技術(shù)、封裝天線技術(shù)都是集成系統(tǒng)技術(shù)代表

“IC發(fā)展有兩大方向，一是延續(xù)摩爾定律，把晶體管做小，晶體管發(fā)展方向；第二個方向繞道摩爾定律，采用異質(zhì)異構(gòu)、集成系統(tǒng)等其他方式。我認(rèn)為摩爾定律不能超越只能繞開它，今天講的集成系統(tǒng)就是繞道摩爾定律路線之一?！?毛軍發(fā)強(qiáng)調(diào)說。

圖2：集成電路發(fā)展方向 電子發(fā)燒友拍攝

電子封裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)的重要路徑。封裝是把外圍元器件進(jìn)行加固，原始封裝功能起到固定、密封、保護(hù)功能比較簡單。封裝現(xiàn)在說成集成，把各種各樣的芯片、元器件、傳感器、天線集成在一起形成一個功能系統(tǒng)叫做集成。

以臺積電主推的3D Fabric，特別是SoIC成功成為下一代芯片系統(tǒng)的主流技術(shù)，TSMC 3D Fabric SoIC，采用先進(jìn)封裝互聯(lián)技術(shù)Hybrid Bonding，堆疊芯片互聯(lián)間距可以小到亞微米，目前TSMC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了使用3D Fabric技術(shù)完成的12層堆疊SoIC。毛軍發(fā)指出，封裝集成技術(shù)的中心正慢慢從傳統(tǒng)后端封裝移到前端半導(dǎo)體代工。集成電路（芯片）只是手段，微電子系統(tǒng)才是目的。摩爾定律面臨原理、技術(shù)和成本等多方面挑戰(zhàn)。

毛軍發(fā)院士大膽預(yù)測，過去60年是集成電路IC（integrated Circuits,IC）的時代，可能未來60年將會是集成系統(tǒng)(integrated systems ,IS)的時代。他分析表示，集成系統(tǒng)是復(fù)雜微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展新途徑，后摩爾時代集成電路發(fā)展新方向，也是中國半導(dǎo)體技術(shù)邊道超車的新機(jī)遇。

“集成系統(tǒng)技術(shù)，很早就有。小芯片技術(shù)將單一先進(jìn)工藝的大芯片分解成多個特征模塊，每個模塊（小芯片）用各自最適合的工藝實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了集成系統(tǒng)思想。小芯片技術(shù)與SoC你想思維，SoIC則是把多個Chiplet以3D堆疊集成；二、封裝天線（AiP）技術(shù)，AiP是指在包含無線芯片的封裝結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的天線，相比普通分立天線，AiP具有更好的系統(tǒng)性能，更小的PCB面積，更低成本和更短的研發(fā)周期；三、多功能無源元件技術(shù)。射頻電路，芯片外圍大量的無源元件，占整個面積的80%，怎么這些元件做小是工程師頭疼問題，上海交大做出元件，它有6種功能，過去需要6個元件現(xiàn)在只要1個元件就可以實(shí)現(xiàn)?！?毛軍發(fā)揭示了三大集成系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用。

異質(zhì)集成的五大挑戰(zhàn)

美國對異質(zhì)集成非常重視，希望異質(zhì)集成性能再提高100倍，功耗成本再下降1%。歐洲、韓國、日本都有相應(yīng)的后摩爾時代發(fā)展計劃，這些重點(diǎn)之一就是異質(zhì)集成。據(jù)悉，在國際研究當(dāng)中，3D與異質(zhì)集成電路集成有了顯著進(jìn)展，包括IBM異質(zhì)集成電路集成了邏輯、存儲、射頻、光電子和傳感電路，英特爾的3D封裝集成，TSMC的3D堆疊技術(shù)應(yīng)用于智能手機(jī)芯片。

毛軍發(fā)指出，異質(zhì)集成面臨很多問題。關(guān)鍵問題一、我們需要把整個系統(tǒng)功能進(jìn)行定義和剖分；二、自動化、智能化協(xié)同設(shè)計，剛才所講的需要綜合考慮電、熱、用力，另外有源、無源多功能也需要協(xié)同，所以需要協(xié)同問題越來越多。三、異質(zhì)集成界面生成與工藝量化調(diào)控機(jī)理異質(zhì)集成它的不同材料，它的膨脹系數(shù)不一樣，溫度升高會發(fā)生硬力扭曲，會影響整個系統(tǒng)的一些性能和功能。四、射頻無源天線小型化是一個大問題。五、集成系統(tǒng)的可測性原理。

國產(chǎn)射頻電路EDA軟件突破！W波段毫米波雷達(dá)性能優(yōu)于海外產(chǎn)品！

毛軍發(fā)院士表示，他們與芯和半導(dǎo)體科技(上海)有限公司開展合作，共發(fā)布48款國產(chǎn)射頻EDA商用軟件工具，500種高精度PDK模型，而且他們與中芯國際工藝兼容的集成無源器件IP庫，已經(jīng)量產(chǎn)3.5億顆，基本實(shí)現(xiàn)了無源射頻集成電路EDA工具自主可控?，F(xiàn)在，這套合作研制的系列國產(chǎn)射頻EDA商用軟件，用于半導(dǎo)體、航空航天、雷達(dá)、通信、汽車等行業(yè)客戶200家，系統(tǒng)用戶包括中興、華為、聯(lián)想、富士康、華蘭、中電、中航等眾多公司，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對Cisco、Intel、IBM、Apple等國際著名公司的出口。

在W波段異質(zhì)集成片上雷達(dá)項(xiàng)目，毛軍發(fā)院士分享了最新的進(jìn)展。他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在今年研制出W波段異質(zhì)集成片上雷達(dá)，集成了W波段SiGe芯片、GaN功放芯片、Si基X波段鎖相環(huán)，濾波、耦合、公分等無源元件，5月份團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將相關(guān)研究結(jié)果在半導(dǎo)體技術(shù)國際最有名刊物JSSC，這也是大陸在電子封裝領(lǐng)域，在JSSC上發(fā)表第一篇論文。W波段毫米波雷達(dá)性能顯著比國外產(chǎn)品高。

毛軍發(fā)認(rèn)為，W波段毫米波雷達(dá)跟國際上近兩年相同頻率雷達(dá)的性能對比，很多指標(biāo)都是領(lǐng)先的，這個領(lǐng)先原因是異質(zhì)集成，海外產(chǎn)品采用同質(zhì)集成，我們把優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來。

毛軍發(fā)表示，基于異質(zhì)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)雷達(dá)傳感器產(chǎn)品開發(fā)，毫米波非接觸、非侵入式生理信息（心跳、呼吸、脈搏、血壓等）探測，實(shí)現(xiàn)對心血管疾病的監(jiān)測和早篩。在演講的最后，毛軍發(fā)寄語中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)抓住歷史機(jī)遇，從集成電路走向系統(tǒng)集成新的方向進(jìn)行跨越和變革，實(shí)現(xiàn)從芯片集成到集成系統(tǒng)的跨越。

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