抓住稍纵即逝的历史机遇——论我国微电子科学技术和集成电路产业 [复制链接]

第10版(科技)
专栏：名家特递

　　抓住稍纵即逝的历史机遇
　　——论我国微电子科学技术和集成电路产业
　　中国工程院院士王阳元
　　集成电路技术是近50年来发展最快的技术。
　　1946年2月，当第一台电子计算机ENIAC在美国莫尔学院研制成功时，运行速度只有每秒五千次，存储容量只有千位，而且稳定运行时间才7分钟。而当时有的科学家认为，全世界只要4台E－NIAC就够了。50年过去，现在全世界计算机不包括微机在内就有几百万台。到1998年，微机在全世界已有4.35亿台，在美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年工作量。同时，芯片加工深度从1959年以来提高了140倍，而平均晶体管价格降低至原来的1／107。如果小汽车也按此速度进步，那么现在小汽车的价格只有1美分。
　　现代经济发展的数据表明，GDP每增长100元，需要10元左右电子工业产值和1—2元集成电路产值的支持。而且随着经济发展，这种依存关系正变得更为紧密。目前发达国家国民经济总产值增长部分的65％与集成电路有关。因此，抓住了集成电路产业发展，就能促进国民经济的高速发展。加强微电子技术创新，发展集成电路产业乃是实现生产力跨越式发展的基础战役。
　　21世纪，尽管微电子学在化合物半导体等方面的研究及在某些领域的应用，取得了很大进展，但还远不具备替代硅基工艺的条件。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在100年内仍起主要作用。
　　综观本世纪硅微电子技术发展的主要趋势，其主要发展方向有三个方面。
　　一是器件的特征尺寸继续缩小。所谓特征尺寸是指器件中最小线条宽度，也是设计中采用的最小设计尺寸单位，常常作为技术水平的标志。目前0.25μm和0.18μm已开始进入大生产。0.15μm和0.13μm大生产技术也已经完成开发，具备大生产的条件。但是在0.13－0.07μm阶段，最关键的加工工艺——曝光技术还是一个大问题，尚未解决。谁能够在这个问题上取得突破，谁就能在5年后集成电路产业发展中占有优势。
　　其次，系统集成芯片（SystemOnChip）是发展重点。在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个集成电路芯片上的系统芯片（SystemOnChip，简称SOC）概念。系统芯片与集成电路（IC）的设计思想是不同的，它是微电子设计领域的一场革命。与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。
　　同时，微电子与其他学科的结合将诞生新的技术和产业增长点。微机电系统技术和生物芯片等便是这方面的典型例子。微电子机械系统将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，开辟了一个全新的技术领域和产业。现在已经成功地制造出了尖端直径为5微米的可以夹起一个红细胞的微型镊子、可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。
　　以上三方面的研究工作，国际上也刚刚起步。对它的突破，对于科学家来说是一种刺激，对一个国家来说则是一种难得的机遇。一旦抓住了这一重大机遇，可能促使我国微电子技术的飞跃。
　　总体来讲，我国集成电路产业比较弱小，市场开拓能力差，1999年销售额占国际市场的份额仅为0.7％，在国际市场上竞争能力很差；只能满足国内市场需求的16％，国民经济和国防建设急需的电路我们还不能设计制造，制约了我国国民经济和国防建设的发展，国家安全得不到应有保障。同时，我们在科学研究上投入不足，开发能力差，特别是关键产品设计和大生产技术研究开发能力差，还缺乏自主的知识产权，不足以支持产业的良性发展。
　　发展我国集成电路的措施，具体来说，一是优先发展设计业，大力开发集成电路产品，把设计业建设成为高效益、高效率的规模产业。集成电路芯片设计是与市场的接口，也是市场孕育和开拓的起点，具有很大的创新空间，而相对投入又比较少，关键在于人才。现在系统集成芯片正在迅速发展，我国集成电路产业必须抓住系统集成芯片这一发展机遇，加强与整机系统的结合，加强系统级的创新，优先发展设计业。特别要鼓励整机系统单位参与或自行组建设计公司。
　　二是重点建设芯片制造业，特别是发展标准工艺代客加工业。一个标准工艺加工厂需要20个设计公司支持，反过来也可以支持20个设计公司发展。同时标准工艺加工厂建设将带动测试和封装业的发展，也将带动材料、专用设备以及配套的高纯气体、化学试剂等产业链。
　　今后10年，我们应以标准工艺加工厂为重点来建设我国集成电路芯片制造业。用优惠政策吸引国内外企业投资设厂，尽快形成产业群，同时建设若干条以我为主的生产线。以我为主并不是仅仅体现在资金股比上，最主要的是在技术上要有自主知识产权，否则仅仅在资金股比上控制也是“空”的。
　　三是建设国家级研究开发中心，加强自主创新能力。为了促进我国集成电路生产企业工艺技术水平的自主升级换代，由企业和研究单位共同参与建立具有独立法人资格的中国微电子工业技术研究开发机构，并与大生产线紧密结合。在开发新一代微电子工艺的基础上同时开发若干项我国微电子关键的专用设备，这也是待建的国家级大生产技术研究开发机构的主要任务。
　　四是加强人才培养和建设多目标芯片教育与服务体系。微电子设计人才和高级工程技术人才的短缺已成为产业发展的制约因素。我们一方面要大力加强吸引国外留学人员回国创业；另一方面，更关键的是在于培养上。要在相关信息工程院系将SOC设计基础作为基础课来讲，让从事系统设计的科技人才懂得SOC与IC设计；二要鼓励系统整机系科和微电子系科联合培养研究生；三要建立一个给高年级学生、硕士、博士生有设计实践机会的“多目标芯片教育与服务体系”，要求硕士、博士生有独立设计，特别是博士生要有创新设计。
　　此外，改善我国集成电路产业发展环境，建立国家级专家咨询委员会，也是发展我国IC产业应该采取的必要措施。