【聚焦·積體電路互連技術】
——專訪中國計算機互連技術聯盟秘書長 郝沁汾
自從人類發明電晶體以來，積體電路技術一直遵循著摩爾定律發展。但是，進入5nm等先進製程節點後，由於積體電路工藝的技術難度急劇增加從而導致先進製程演進放緩，摩爾定律放慢了腳步。
眾所周知，積體電路是我國目前各種國民經濟產業欣欣向榮的支柱產業，也是當前制約我國繼續實現社會主義現代化遠景目標的突出短板，尤其是在我國積體電路技術被國外限制的大背景下，探索新一代積體電路技術尤為緊迫。
不久前，在中國計算機互連技術聯盟的推動下，無錫芯光互連技術研究院、無錫芯光積體電路互連技術產業服務中心落地成立，為我國探索新一代積體電路技術發展道路進行了一次重要嘗試，具有戰略意義。為此，記者獨家對話了無錫芯光互連技術研究院院長、無錫芯光積體電路互連技術產業服務中心主任、中國計算機互連技術聯盟秘書長、中科院計算所研究員郝沁汾，讓我們一起來聚焦在後摩爾時代基於積體電路互連技術如何解決積體電路產業發展瓶頸難題。
（圖為：無錫芯光互連技術研究院院長、無錫芯光積體電路互連技術產業服務中心主任、中國計算機互連技術聯盟秘書長、中科院計算所研究員郝沁汾 受訪者提供）
瓶頸，後摩爾時代傳統積體電路演進方向在哪裡？
當前積體電路的先進製程已經接近停滯，摩爾定律演進放緩，作為物理化學學科發展到極高級階段的結晶，傳統的積體電路行業會往哪個方向演進？進入後摩爾時代，晶片設計的技術演進、創新方向與時代機遇在哪裡？
“過去60餘年，積體電路行業以驚人的速度在發展，一臺60年代的大型機，其效能可能還無法超過現在的一臺手機效能。”郝沁汾認為，過去半個多世紀，積體電路產業一直遵循著摩爾定律的軌跡高速發展。如今，由於積體電路工藝的進一步提升極其困難，單純靠提升工藝來提升電晶體密度從而提升晶片效能的方法已難以滿足由於大資料和人工智慧時代帶來的業務規模爆炸性增長的需求。
傳統積體電路工業透過最佳化開關等部件材料、革新電晶體結構等方式不斷突破特徵尺寸，以在相同的面積中放進更多的電晶體，這條路已經逼近了極限，繼續提升電晶體密度即使技術可行也會帶來巨大而難以承受的成本，這和積體電路工業的內在本質即經濟性背道而馳。
摩爾定律雖然放緩，但積體電路產業依然會繼續前進。“傳統的積體電路行業依然會繼續沿著積體電路先進製程的路線進行演進，只是放慢了節奏。”郝沁汾說，以前一年半時間電晶體的密度要提升1倍，現在可能無法做到這一點，有可能要幾年，甚至十幾年才能提升1倍，原因是由於量子隧穿效應的影響，先進製程的演進無法繼續維持以前的節奏，摩爾定律的演進會放緩，但是同時也會有些新的技術方向出現。
突破，積體電路互連技術有望成為“金鑰匙”
摩爾定律演進放緩，看似不利，但其實可能給追趕者創造了機會，郝沁汾認為全球大部分依賴於積體電路工業的產業，將可能長期停留在對5/7nm甚至更落後製程的需求上，少數能夠消化更高階製程升級所導致的鉅額投入的產業如手機等，有可能會嘗試進一步使用2/3nm製程，但這樣的應用將越來越少，這就給我們透過新的技術路線發展積體電路產業帶來了機會。
“這個機會和新的方向很有可能就是積體電路互連技術，基於成熟工藝生產製造出多個晶片，透過積體電路互連技術把這些晶片連線在一起，在先進封裝技術的支援下，實現或者接近實現一個需要採用先進製程做出的晶片效能，就有可能走出一條新的技術路線，繞過技術封鎖”。郝沁汾告訴記者，積體電路行業的互連技術是指用於同一封裝內多個裸晶片之間、多個同/異構晶片之間在先進封裝技術的支撐下透過各種物理層、協議層技術進行連線、以實現更先進的晶片或者系統的技術，是積體電路進入後摩爾時代之後發展的主要方向之一。當然，西方國家也可以採用積體電路互連技術結合先進製程完成晶片的設計和製造，但是一方面由於西方國家依然可以使用目前的先進製程因此缺乏大力推進該技術的動力，另一方面積體電路互連技術現階段對我們國家的價值主要是解決我們完全無法使用先進製程的問題，舉例來說，我們在先進製程技術上被限制就像是突然把一條高鐵線路斷掉了，透過積體電路互連技術，就相當於我們可以透過高速公路繞道前往，同時繼續修復這條高鐵線路。未來當先進製程完全停滯時，全球都可能會採用這個技術，那時也許會進入積體電路互連技術的先程序度比拼。
“以先進製程節點演變為特點的傳統積體電路工業是物理化學學科的高度發展結晶，產業鏈條又大部分分佈在美國、歐洲、日本，很難一下子在幾年內就縮短距離。”郝沁汾介紹，這次在無錫成立的芯光互連技術研究院和芯光積體電路互連技術產業服務中心主要任務就是聚焦積體電路互連技術的研究及產業孵化，形成後摩爾時代的新型積體電路產業叢集，引領積體電路產業風口，填補無錫積體電路產業鏈條空白。
據瞭解，該研究院擬在今年一季度完成基於積體電路互連技術、實現光電融合的高階資料處理器（DPU）晶片專案孵化，該專案目前已經完成兩版晶片設計和投片。
（圖為：部分積體電路互連技術種類示意圖 受訪者提供）
標準，推動形成廣泛社會分工並孵化產業引領風口
除了加大技術研發，更要注重產業落地。郝沁汾認為，積體電路互連技術，是連線各種積體電路元件的技術，所有實現互連互通的技術，都需要標準，因為沒有標準，使用者擔心最終造成自己對某項技術的極度依賴，從而影響自己的長遠發展。
舉個例子，人們開汽車從來不會擔心輪胎壞了不能換，因為輪胎是有標準的，而且圍繞同一個標準，有大量的廠商供應，從而使輪胎產品供應不會壟斷在少數的廠家手裡，而且使用者會以合理的價格買到產品。同樣，在需要積體電路互連技術的後摩爾時代，為了推動新型積體電路產業發展，必須大力推動和形成技術標準，並且圍繞技術標準形成廣泛的社會分工，以降低使用者的使用代價。
“在積體電路互連技術方面，目前我國從事這方面研究的企業還非常少，有少數單位做了一些IP產品，但由於沒有標準，收效甚微，因此需要從整個產業和技術領域大力推動標準制定工作。”郝沁汾介紹，由中科院計算所牽頭成立的中國計算機互連技術聯盟，在2021年立項了2項標準，一項標準圍繞chip-let晶片設計，另外一項標準圍繞CPO即微電子和光電子晶片融合技術，前者是我國目前唯一的chip-let方面的標準，後者是世界上3大CPO標準之一。
“探索新型產學研用資模式，引領積體電路產業風口，無錫作為中國積體電路的集聚地也是高地，產業規模位列全國第二，具有示範效應和現實意義。”郝沁汾認為，產業中心落地無錫後將作為中國計算機互連技術聯盟的唯一運營組織，繼續牽頭2個標準制定的工作，目前2項標準已經完成了標準規格草案的制定，進入意見徵求的階段，今年還將圍繞標準展開技術驗證工作，並於年底最終完成標準制定和釋出。
與此同時，郝沁汾還透露，為了推動我國積體電路行業圍繞積體電路互連技術形成更加廣泛的社會分工，下一步他們將圍繞技術標準，開發相應的參考設計，並孵化相應的企業，結合無錫製造業尤其是積體電路產業基礎雄厚的優勢，實現新一代積體電路技術長三角產業化佈局，使後摩爾時代新型積體電路產業生態壯大和豐富。（完）
