從摩爾定律說起

摩爾定律（Moore's law），不知道第一個翻譯成摩爾定律的是何人，law在牛津詞典中有法律、定律、規律等釋義。在此處我認為稱它為“摩爾規律”更合適，因為這本來就是英特爾創始人戈登·摩爾的經驗之談，并非自然科學定律。

Moore’s law，來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count

與其他物理科學定律--焦耳定律，庫倫定律，開普勒和牛頓三定律等相比，聽起來差不多，但實際完全不在一個層面上。這些物理學定律極大的改變了世界，改變了人類的生活，而摩爾即使不提出這個規律，集成電路依然會向前飛速發展，因為它的本質是預測，而非約束。

從市場需求和半導體本身的發展來看，目前還不能稱之為夕陽產業，尤其在國內。這個提問是14年1月，到現在21年1月，整整七年過去了，依照現有的發展空間以及市場需求，未來7年依然會平穩發展。

國產替代化和市場需求

中國多年芯片進口總額超過了石油進口。19年中國芯片進口總額約3000億美元，而石油進口總額約2400億美元。操作系統、高端光刻機仍被國外公司壟斷，90%以上傳感器來自國外。[1]

從大型的手機SoC來看， 手機終端商如果使用高通手機芯片，除了要支付芯片購買費用外，還需向高通繳納專利使用費。即使手機終端商不使用高通芯片，仍需要向高通定期報備手機出貨情況，并繳納專利費。高額的進口費用，也造成了每年2000多億的貿易逆差。芯片的國產替代化勢在必行，這也是國家層面的戰略。

圖片來自網絡，侵刪

從中小型的芯片或者傳感器來看，國內依然有巨大的市場。目前也有很多公司在做，比如電源管理芯片，MEMS芯片，MCU等。最近幾年新成立的優秀IC公司也不少。

半導體行業從來都不是獨立發展的，而是依托新的市場需求。除了題主所說的可穿戴設備，其余還有5G芯片，AIoT芯片，自動駕駛芯片，對半導體來說都是新的機遇。如果說半導體算是夕陽產業的話，那么很多其他傳統行業可以說是日落產業了。

當下芯片技術的發展

從現在基于二值邏輯的半導體材料芯片來看，芯片依然會從以下幾個方面發展：

工藝、材料、架構、異構、封裝、Chiplet

從突破性的技術來看，有以下兩個方面：

量子芯片、碳基芯片

工藝

平面晶體管時代，大家認為22nm就是極限，但是FinFET的出現為摩爾規律的發展續命。14年，很多人認為7nm是極限，但如今5nm已經量產。

3nm已經在研發的路上了，目前主要是臺積電和三星兩家Foundry。三星的3nm工藝會使用環繞柵極晶體管(GAA)技術，而不是現在的FinFET，新的技術可以讓芯片面積減少35%，功耗下降約50%，與5nm FinFET工藝相比，同樣功耗情況下性能提升33%。

三代晶體管的發展

GAA全能門與FinFET的不同之處在于，GAA設計圍繞著通道的四個面周圍有柵極，從而確保了減少漏電壓并且改善了對通道的控制，這是縮小工藝節點時的基本步驟，使用更高效的晶體管設計，再加上更小的節點尺寸，和5nm FinFET工藝相比能實現更好的能耗比。

而臺積電依然采用FinFET，預計2022年下半年臺積電3nm工藝就會投產。首批客戶包括蘋果，高通、英特爾、賽靈思、英偉達、AMD等。

材料

半導體行業經過近七十年的發展，半導體材料經歷了三次明顯的換代和發展。第一代半導體材料主要是指硅、鍺元素等單質半導體材料；第二代半導體材料主要是指化合物半導體材料，如砷化鎵、銻化銦；第三代半導體材料主要分為碳化硅SiC和氮化鎵GaN，相比于第一、二代半導體，其具有更高的禁帶寬度、高擊穿電壓、電導率和熱導率，在高溫、高壓、高功率和高頻領域將替代前兩代半導體材料。

碳化硅（SiC）相比于硅基，碳化硅擁有更高的禁帶寬度、電導率等優良特性，更適合應用在高功率和高頻高速領域，如新能源汽車和 5G 射頻器件領域。

隨著芯片在不同領域的應用，半導體材料也在隨之發展。

架構

架構對一個芯片的性能來說也是至關重要的--以Intel最新發布的第11代酷睿處理器Rocket Lake-S為例，新的架構為其帶來了約 19% 的 IPC （每時鐘指令數）提升，以及更好的 AI 性能。

Rocket Lake-S支持全新的500系列芯片組（可享用8×DMI和USB 3.2 Gen 2×2），并兼容原有的400系列芯片組主板，全新B560芯片組主板則開放了內存超頻；其他平臺特性方面，Rocket Lake-S也對內存控制器進行了改良、默認支持DDR4-3200，并提供超過20條PCIe 4.0直連通道以支持高性能顯卡及固態硬盤。

Rocket Lake-S 是英特爾繼續「打磨」 14nm 的產物，制程潛力基本已經被挖掘殆盡，只能靠新的 Cypress Cove 內核來提升性能。

異構整合

廣義而言，就是將兩種不同的芯片，例如記憶體＋邏輯芯片、光電＋電子元件等，透過封裝、3D 堆疊等技術整合在一起。換句話說，將兩種不同制程、不同性質的芯片整合在一起，都可稱為是異構整合。
因為應用市場更加的多元，每項產品的成本、性能和目標族群都不同，因此所需的異構整合技術也不盡相同，市場分眾化趨勢逐漸浮現。為此，IC 代工、制造及半導體設備業者紛紛投入異構整合發展，2.5D、3D 封裝、Chiplets 等現今熱門的封裝技術，便是基于異構整合的想法，如雨后春筍般浮現。

封裝

封裝并不能直接提高芯片的性能，但是先進的3D封裝工藝相較于傳統的2D工藝有很多優勢：

3D封裝更有效的利用了硅片的有效區域

3D設計替代單芯片封裝縮小了器件尺寸、減輕了重量

3D封裝的die直接互連，互連線長度顯著縮短，信號傳輸得更快且所受干擾更小

臺積電的Wafer-on-Wafer(WoW) 3D芯片封裝工藝，是通過TSV硅穿孔技術實現了真正的3D封裝，和Intel的Foreros 3D封裝類似，能把多個芯片像蓋房子那樣一層層堆疊起來，甚至能把不同工藝、結構和用途的芯片封在一起。

3D封裝示意圖

Chiplet

Chiplet技術就像拼圖一樣，把小芯片組成大芯片。
使用Chiplets 有三大好處。因為先進制程成本非常高昂，特別是模擬電路、I/O 等愈來愈難以隨著制程技術縮小，而Chiplets 是將電路分割成獨立的小芯片，并各自強化功能、制程技術及尺寸，最后整合在一起，以克服制程難以微縮的挑戰。

此外，基于Chiplets 還可以使用現有的成熟芯片降低開發和驗證成本。[3]

從上面的分析也可以看出來，異構-chiplet-封裝也是相輔相成，共同發展的。

從突破性的技術來看，主要有量子芯片和碳基芯片。

相對來說，這兩種技術目前還處在實驗室研發階段，距離商用尚遠，從我目前掌握的信息來看，順利的話，量子芯片要十年甚至更久，碳基芯片最快也要五年左右。

溫戈說：

有的人在為半導體是否會成為夕陽產業而擔心，卻也有人在問怎樣才能不錯過半導體的風口。作為個人，不如踏踏實實的走好每一步，杞人憂天和投機取巧都是不可取的。

不要以為摩爾規律失效，芯片就走到盡頭。人們為了對抗摩爾定律的失效，不斷在研發新技術，新材料為摩爾定律續命，同時也在不同的方向進行探索。

芯片作為一個基于多門學科并包含眾多高精尖技術的人造物巔峰產品，也決定了它的發展也是多方向的，半導體行業的發展對我們國家或者人類來說意義深遠。

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