近日，中國科學院院士、北京大學教授王陽元在人民日報撰文，題為：集成電路——社會信息化的“引擎”。
王陽元教授在文章中指出，當前，集成電路已發(fā)展到“后摩爾時代”。不再僅以“每兩年集成度提高一倍”為主要指標，而是以“降低功耗、提高性能功耗比”作為發(fā)展標尺。在“后摩爾時代”，集成電路技術有4個發(fā)展方向。
繼續(xù)縮小尺寸
最初，集成電路加工尺寸為10微米，現(xiàn)在最先進的加工技術已達到10納米以下。10微米是1納米的1萬倍，這相當于普通自行車車輪直徑和一根頭發(fā)絲直徑的比例。加工尺寸越小，同樣面積的硅片上就能容納更多晶體管，從而處理更多信息；同時，加工尺寸越小，晶體管的柵長就越短，電信號在晶體管內(nèi)以及晶體管之間的傳輸速度就越快。一般來說，加工尺寸為上一代工藝節(jié)點的0.7倍時，晶體管面積縮小50%，集成電路性能提升1倍。當集成電路進入2納米技術代時，每平方毫米的硅片上可容納3.3億個晶體管。
將不同功能的芯片通過系統(tǒng)集成和三維封裝等方式組合，以滿足集成電路多功能應用需求。如將不同工藝、不同材料、不同功能的數(shù)字電路、存儲電路、模擬電路、射頻電路、高壓電路、功率電路、驅(qū)動電路、傳感器與執(zhí)行器、生物芯片等封裝在一起，形成一個多功能集成系統(tǒng)模塊，進而組成一個全新的、完整的電子系統(tǒng)，以適應不同領域、不同場合的應用需求。這就相當于只用一個集成系統(tǒng)模塊，就可以承擔整個系統(tǒng)的功能，好比不同軍種組合成一個集團軍，以完成多樣化任務。
器件結(jié)構(gòu)革新
開發(fā)量子器件、單電子器件、石墨烯器件、仿生類腦器件等。
晶體管是集成電路的核心器件，最初的晶體管是雙極型結(jié)構(gòu)，后來金屬氧化物半導體器件誕生，成為主流集成電路器件結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，平面的金屬氧化物半導體器件結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S的鰭形柵結(jié)構(gòu)，并正向環(huán)形柵方向發(fā)展。
每一次器件結(jié)構(gòu)革新，都會帶來集成電路技術重大進步。
量子器件和單電子器件是晶體管工作原理上的革新，石墨烯器件是晶體管材料的革新，仿生類腦器件則是模擬神經(jīng)元人腦突觸的器件。這種革新為集成電路的創(chuàng)新應用提供更多可能，如仿生類腦器件將為人工智能網(wǎng)絡的應用插上翅膀。
與其他學科結(jié)合，產(chǎn)生多種集成微納系統(tǒng)
集成電路與其他學科具有十分廣泛的交叉性，而交叉點往往是創(chuàng)新點。國務院學位委員會批準設立“集成電路科學與工程”一級學科時，就將其列為交叉學科中的第一個學科。
集成電路與精密機械結(jié)合，誕生了微機電系統(tǒng)，例如硅陀螺，精度好、可靠性高，現(xiàn)已應用于汽車、飛機和船舶等，凡是需要導航的地方都可以應用；與生物學結(jié)合，誕生了可穿戴的、檢測人們身體指標的各種芯片。
建立新形態(tài)信息技術科學和產(chǎn)業(yè)
這方面，手機的發(fā)展是典型案例。手機最初是通信范圍有限的模擬式“大哥大”，之后是可以接打電話的數(shù)字式按鍵撥號手機，并有了漢字顯示功能，屏幕由黑白轉(zhuǎn)為彩色，觸屏取代了實體按鍵，還進一步成為替代相機的隨身工具。
隨著網(wǎng)絡通信技術發(fā)展，手機獲取和傳輸文字、聲音、圖像的速度，已經(jīng)能夠“手到擒來”。一部手機，在集成電路技術推動下，從“電話”變成了人們必備的智能信息中心。與之相關的網(wǎng)絡購物、網(wǎng)絡直播等新形態(tài)信息產(chǎn)業(yè)正在形成，與此同時，以信件、郵票、郵遞員為主的郵電產(chǎn)業(yè)也在適應變化、升級迭代。
未來，隨著物理、化學、數(shù)學、生物學、計算機科學與軟件等學科和相應技術的進步，集成電路將繼續(xù)推動信息技術科學和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為人們工作生活帶來更多便利和新的可能。
