中國信息產(chǎn)業(yè)走出低谷之見系列報(bào)道之六——大力發(fā)展微電子技術(shù)

微電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)基礎(chǔ)，也將是下一次，也就是第三次產(chǎn)業(yè)革命的技 術(shù) 基礎(chǔ)。我國信息產(chǎn)業(yè)的瓶頸主要體現(xiàn)在微電子技術(shù)水平的差距上。只有從設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用 三個(gè)方面實(shí)行策略聯(lián)盟，協(xié)調(diào)發(fā)展微電子技術(shù)，才能為我國的信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，并為第 三次產(chǎn)業(yè)革命打下堅(jiān)實(shí)的可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。

信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)

信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一樣，都取決于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。世界科學(xué)技術(shù) 發(fā)展的歷史表明，每一次產(chǎn)業(yè)革命，都是以物質(zhì)機(jī)器的發(fā)明為基礎(chǔ)的。第一次產(chǎn)業(yè)革命的物 質(zhì)機(jī)器是蒸汽機(jī)；使人類進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代；第二次產(chǎn)業(yè)革命的物質(zhì)機(jī)器是以微電子技術(shù)為基 礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。從機(jī)器發(fā)展的角度來看，今天人類已經(jīng)從物理機(jī)器的 時(shí)代，走到了信息機(jī)器，也就是計(jì)算機(jī)的時(shí)代。從科學(xué)發(fā)展的角度來看，人類已經(jīng)從物質(zhì)科 學(xué)時(shí)代進(jìn)入到了信息科學(xué)的時(shí)代。信息論，控制論，系統(tǒng)論等可以歸入理論信息科學(xué)的范疇 ；計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，控制技術(shù)等則可以歸入技術(shù)信息科學(xué)的范疇。

我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是：我們可以研制出很高性能的計(jì)算機(jī)及通訊與家電設(shè)備，就 是缺少核心的東西，國產(chǎn)的“?quot;片；我們可以研制出各種繪圖機(jī)，缺少的也是核心的東西 ，國產(chǎn)的噴墨“頭"；我們可以研制出多種多樣的嵌入式遙感系統(tǒng)，缺少的也是核心的東西 ，高性能的國產(chǎn)傳感“器"。歸根到底，我國的信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與國外的相比，不足的根 源就是微電子技術(shù)的差距太大。

信息產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)機(jī)器計(jì)算機(jī)是由硬件與軟件兩部分組成的，而軟件是在硬件的限制下發(fā) 展的，即硬件的水平將決定軟件所能達(dá)到的水平。特別是現(xiàn)在，科學(xué)工作者正在把生命作為 一種智能計(jì)算機(jī)來理解的時(shí)候，第三次產(chǎn)業(yè)革命的物質(zhì)機(jī)器，估計(jì)將是全面具有類人智能的 計(jì)算機(jī)。它不僅在計(jì)算速度上將達(dá)到并超過人腦的兩億億次計(jì)算速度，而且還具有類似人腦 那樣的智能以及類似五官系統(tǒng)的“眼，耳，鼻，舌，身"等。這些能不能僅僅通過常說的計(jì) 算智能（ComputationalIntelligence）的形式體系，也就是基于連接機(jī)制和基于進(jìn)化機(jī)制 的人工智能形式體系就能解決，還很不清楚。不過，由于人腦的基本成份的95％是水，人體 的主要元素是氫，氧，碳，氮，鈣和一些鹽類，再加一些微量元素，如鐵，鎂等。能聽說讀 寫，會(huì)感知世界與改造世界的人就是由這些基本元素的原子級的巧妙構(gòu)造而來的，人們正在 從納米技術(shù)，生物技術(shù)，MEMS技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)等多方面進(jìn)行探索，希望能從原子和分子級 的設(shè)計(jì)上來實(shí)現(xiàn)第三次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進(jìn)入智能時(shí)代。

微電子技術(shù)是無法回避的

作為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)的微電子技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)，主要體現(xiàn)在加 工設(shè)備，加工工藝，封裝測試，批量生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力上。加工設(shè)備的能力可以從硅 園片的尺寸大小與硅芯片的特征線寬水平來衡量。目前，芯片加工設(shè)備正在從200毫米硅園 片加工設(shè)備向300毫米硅園片加工設(shè)備過渡。從芯片特征線寬來看，目前,0.18－0.25μm芯 片已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，估計(jì)2002年將達(dá)到0.13μm，半導(dǎo)體設(shè)備廠商正在積極進(jìn)行努力， 研發(fā)100nm技術(shù)的加工設(shè)備。芯片廠商不僅在繼續(xù)縮小芯片的特征線寬，以提高單功能芯片 的集成度；而且已能開發(fā)能在一塊芯片上集成多種功能的加工工藝，將應(yīng)用系統(tǒng)集成在一塊 芯片上而成為系統(tǒng)芯片（SOC）。要發(fā)展我國的信息產(chǎn)業(yè)，有關(guān)微電子技術(shù)的這些問題都是 要盡快解決才行的。

為了迎接下一次產(chǎn)業(yè)革命，人們也早已在加速改進(jìn)為實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)目標(biāo)所需的工具。19 81年IBM公司發(fā)明了“掃描探測顯微鏡"（SPM），使技術(shù)人員能夠通過一個(gè)超級尖端來施加 電壓，從而移動(dòng)原子?！霸恿︼@微鏡"也是由IBM公司開發(fā)的，它能夠生成單個(gè)原子的表面 狀態(tài)圖像，科學(xué)家們因而可以獲得有關(guān)物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)和在原子及分子水平上相互作用的新知 識，這意味著他們現(xiàn)在能夠把不同的分子彼此連接起來。由于納米技術(shù)是在原子與分子級上 進(jìn)行設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)人們所希望的類生物的智能產(chǎn)品，人們預(yù)計(jì)它將使人類從信息時(shí)代進(jìn)入智能 時(shí)代。由于第三次產(chǎn)業(yè)革命的科學(xué)技術(shù)：光電子學(xué)，納電子學(xué)，分子電子學(xué)和量子信息等， 都需要采取由微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的半導(dǎo)體微加工工藝技術(shù)，微電子技術(shù)不僅是信息產(chǎn)業(yè)革 命的需要，也是下一次智能產(chǎn)業(yè)革命的需要，所以發(fā)展微電子技術(shù)是無法回避的。

自主芯片設(shè)計(jì)是無法回避的

近些年來，由于芯片的集成度已經(jīng)上升到硅襯底能代替印制板（PCB），過去用若干物 理組件在PCB上實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的電子系統(tǒng)，現(xiàn)在已能用若干IP（IntellectualProperty）核在 硅襯底上實(shí)現(xiàn)，微電子技術(shù)已經(jīng)從VLSI走向系統(tǒng)芯片SOC（SystemonChip）的新階段。由于P CB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證主要是PCB上的物理組件之間的相互作用，而不是物理組件本身的設(shè)計(jì) 與驗(yàn)證。物理組件一般是只能選用而不能修改的；如果沒有合適的物理組件可用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的功能時(shí)，則就要進(jìn)行相應(yīng)物理組件的ASIC或FPGA設(shè)計(jì)。對SOC來說，由于組成它的IP核具 有可修改性，在當(dāng)前的SOC設(shè)計(jì)中，利用了IP核的可修改性帶來的靈活性。但I(xiàn)P核的這個(gè)與 物理組件在應(yīng)用上的差別，不僅帶來了SOC設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的復(fù)雜性，而且也形成了提高SOC設(shè)計(jì) 效率的障礙。那么，能不能使SOC的設(shè)計(jì)與PCB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類似，只有IP核的合并與互連布圖 驗(yàn)證呢？在SOC設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)中物理組件只能選用不能修改的原則，也就是相當(dāng) 于要將IP核設(shè)計(jì)成一種只需選用不需修改的可重用IP核。像PCB系統(tǒng)通過物理組件的積累形 成物理組件庫那樣，對于SOC也要通過IP核的積累形成IP核庫。順便指出，IP核是可以參數(shù) 化的，利用這一點(diǎn)，可以提高它的派生能力。還有，總線是PCB系統(tǒng)通信的主要結(jié)構(gòu)，在SOC 中也需要采用這樣的技術(shù)?？傊?，要參照PCB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略，就是要像物理組件的設(shè)計(jì)與P CB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能分開進(jìn)行那樣，按照即插即用的SOC設(shè)計(jì)目標(biāo)，IP核的設(shè)計(jì)與SOC的設(shè)計(jì)也應(yīng) 該是能分開進(jìn)行的。實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是如何能建立一些不需修改就能重用的IP核？以及如何使 這些IP核適合應(yīng)用領(lǐng)域的要求，能構(gòu)成優(yōu)化的SOC產(chǎn)品？換句話說，為了充分利用設(shè)計(jì)重用 的好處，必須考慮兩個(gè)方面：一是可重用構(gòu)件的設(shè)計(jì)；二是重用已有構(gòu)件的新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有用國外的IP核進(jìn)行SOC芯片設(shè)計(jì)的，如果總是這樣作，我們的SOC芯片設(shè) 計(jì)就要受制于別人的IP核；就相當(dāng)于現(xiàn)在總是用國外的芯片進(jìn)行計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，受制于別人的 芯片一樣，會(huì)防礙我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以，自主設(shè)計(jì)芯片是無法回避的。

四大競爭需要大聯(lián)合

現(xiàn)在，半導(dǎo)體工業(yè)作為信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)，在世界范圍內(nèi)已處于激烈的競爭之中。美 國的微電子工藝和加工設(shè)備是領(lǐng)先于各國的，但80年代曾被人超過。為此，美國成立了半導(dǎo) 體工藝聯(lián)合體，花了幾年時(shí)間又重新領(lǐng)先。日本的水平僅次于美國，是花了一二十年的努力 達(dá)到的。為了提高國際競爭能力，據(jù)報(bào)道，日本正在通過實(shí)行半導(dǎo)體聯(lián)合突圍的策略聯(lián)盟及 合并等方式，爭取重新成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)。今年1月4日，NEC、日立、三菱電 機(jī)等11家日本半導(dǎo)體制造商就聯(lián)合宣布，計(jì)劃合資成立生產(chǎn)新一代半導(dǎo)體的公司，采用0.1 微米或更先進(jìn)的制造工藝，為共同出資的半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)半導(dǎo)體，預(yù)計(jì)產(chǎn)品以能處理大容量 數(shù)據(jù)的系統(tǒng)芯片為主。還有東芝、富士通于3月21日共同宣布，雙方計(jì)劃成立半導(dǎo)體策略聯(lián) 盟，共同開發(fā)并生產(chǎn)芯片。幾乎在前兩樁合作宣布的同時(shí)，3月22日，日本5大芯片業(yè)巨頭聯(lián) 合，正著手開始一項(xiàng)由日本政府支持的下一代半導(dǎo)體制造技術(shù)研究計(jì)劃，以便在政府支援下 共同開發(fā)新一代芯片。目前在日本半導(dǎo)體業(yè)界,各大公司甚至還在醞釀一個(gè)更加宏大的構(gòu)想, 將各公司的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門合并成1到2家公司,以此來提高國際競爭力。

要使我國的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展到具備與外國公司競爭的能力，我們不僅要對關(guān)鍵的半導(dǎo)體加 工設(shè)備，要從以購買為主，走向以制造打破壟斷；對芯片設(shè)計(jì)與制造，要從以跟蹤仿制為主 ，走向以創(chuàng)新開拓未來；而且還要從設(shè)計(jì)，制造與應(yīng)用三個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的與跨行業(yè)的 策略聯(lián)盟，協(xié)調(diào)發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，才能真正確保我國信息產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展，并為第三次產(chǎn) 業(yè)革命打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。