一．半導體后摩爾時代來臨
過去的半個多世紀，半導體行業(yè)一直遵循摩爾定律的軌跡高速發(fā)展，如今單純靠提升工藝來提升芯片性能的方法已經(jīng)無法充分滿足時代的需求，半導體行業(yè)也逐步進入了“后摩爾時代”。從戰(zhàn)略層面看，目前國內(nèi)半導體發(fā)展的最大痛點是做強做大集成電路產(chǎn)業(yè)的迫切需求與相關技術、設備、原材料受制于人的矛盾，再加上國際環(huán)境對國內(nèi)高端制程研發(fā)與制造的全面封鎖，勢必讓廣大客戶意識到三維異構集成技術將成為一個重要突破口；從技術背景來看，摩爾定律在二維芯片技術上已接近材料物理極限，在現(xiàn)有的14納米、10納米、7納米等技術節(jié)點的產(chǎn)品基礎上，如何降低功耗、提高性能，也成為集成電路發(fā)展的難題。
大規(guī)模集成電路發(fā)展幾十年來，業(yè)界從未停止為提升集成電路芯片性能而進行的努力，除了傳統(tǒng)上的縮小線寬以外，微電子新材料、晶體管新結構、工藝集成新架構也是集成芯片不斷演進的關鍵。面對后摩爾時代的挑戰(zhàn)，芯片架構由二維向三維發(fā)展勢在必行，三維異構單芯片系統(tǒng)集成已成為解決國內(nèi)半導體發(fā)展痛點的一大趨勢，三維集成將成為后摩爾時代的重要解決方案。
二．三維集成技術潛力無限
集成電路向來是國家戰(zhàn)略性、基礎性的產(chǎn)業(yè)，國務院曾先后于2011年、2016年和2020年印發(fā)過一系列文件，引導、支持并鼓勵集成電路產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展；在2021年5月14日召開的國家科技體制改革和創(chuàng)新體系建設領導小組第十八次會議上，劉鶴總理開專題討論了面向后摩爾時代的集成電路潛在顛覆性技術，特別指出：芯片性能的提升不再靠單純的堆疊晶體管，可以適當?shù)陌l(fā)展異構集成技術（Heterogeneous Integration）。
當前需要用到大算力、低功耗、高帶寬、高集成度芯片的市場主要包括高性能計算、自動駕駛、5G網(wǎng)絡、超高帶寬存儲器等應用場景。三維異構單芯片集成技術在以上領域都能發(fā)揮重要作用。以在存儲器、ASIC和影像傳感器芯片等市場里估算，在2020年有約232億美元的潛在份額，預計到2024年潛在市場將達到532億美元，平均年增長率在23%。其中影像傳感器現(xiàn)已是混合鍵合技術的主要應用，存儲器和一部分高端人工智能ASIC芯片市場可通過HITOC?技術實現(xiàn)替代、升級，以解決目前傳統(tǒng)芯片架構遇到的內(nèi)存墻、功耗墻和先進工藝制程限制三個痛點。
在近年來，全球各大半導體公司，如英特爾、美光、三星、長江存儲、臺積電等，紛紛投入巨資開展對三維集成工藝的開發(fā)，目前他們的技術主要集中在晶粒級、封裝端或者存儲器等方面的三維堆疊；設計公司如英偉達、高通、賽靈思等也對異構集成技術非常重視，目前都處于研發(fā)初始階段。國內(nèi)在三維集成技術方面也已起步，紫光展銳、北京君正、中星微電子、芯盟科技等企業(yè)積極展開對異構集成的研究與開發(fā)，有的已推出相關產(chǎn)品與解決方案。其中，專注于晶圓級三維異構集成技術研發(fā)的芯盟科技有限公司早在三年前就已定位這一領域，并于2020年成立了浙江海芯微半導體科技有限公司，將專注于三維異構集成技術的產(chǎn)品實現(xiàn)。目前，他們與全球主要的半導體公司在此領域處于同一起跑線，甚至在某些性能和應用方面更領先一些！
三．三維異構集成技術蓄勢待發(fā)
芯盟科技成立于2018年，總部位于浙江海寧，并在上海張江設有研發(fā)辦公室；定位是成為客戶信賴的異構集成芯片產(chǎn)業(yè)引領者，目前團隊研發(fā)人員占比超過70%，大多數(shù)具有國際企業(yè)技術研發(fā)、制造運營和公司管理經(jīng)驗。芯盟科技從成立至今的三年間，已授權或正在申請的發(fā)明專利數(shù)超過100件；它的主要技術與業(yè)務是專注于三維異構集成芯片產(chǎn)品設計及系統(tǒng)整合，既有包括圖像識別、自動駕駛、超高帶寬存儲器芯片等自有產(chǎn)品的研發(fā)，又提供基于三維異構集成架構的芯片系統(tǒng)（SOH?）技術服務。為開拓三維異構單芯片集成這一集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新賽道，為業(yè)界提供一個三維異構單芯片集成技術完整的軟硬件解決方案，芯盟科技于2020年成立海芯微項目，專注于三維異構單芯片集成產(chǎn)品的硬件實施。這種上下游產(chǎn)業(yè)組合，可以更好的實現(xiàn)三維集成領域上技術與產(chǎn)品的最大效益化。
芯盟科技的HITOC?技術和ICL-SOH?系統(tǒng)架構采用最先進的晶圓級三維納米堆疊技術及集成電路制造工藝，成功的將不同結構、不同功能的芯片集成一體，功耗和成本優(yōu)勢明顯，具備高帶寬、低存儲成本以及高能效比的優(yōu)勢，為解決芯片集成技術的發(fā)展與實施時普遍遇到的內(nèi)存墻、功耗墻和先進工藝制程限制三個痛點提供了可實現(xiàn)途徑。在嚴峻的先進制程競爭環(huán)境下，HITOC?技術使采用成熟工藝制程生產(chǎn)尖端產(chǎn)品成為可能，可作為各類尖端芯片的替代性解決方案，這種創(chuàng)造性的技術，使摩爾定律在三維結構上得以延續(xù)。
芯盟科技的第一款產(chǎn)品Sunrise，已于2020年9月26日在中國（海寧）半導體裝備及材料精英峰會和國際會議上成功發(fā)布，引起了業(yè)界的極大關注。目前，Sunrise芯片已在晶圓制造廠做自動缺陷檢測和分類的推廣應用。在Sunrise的基礎上，第二款高端人工智能芯片以及后續(xù)產(chǎn)品正蓄勢待發(fā)，一系列高性能計算芯片的客戶也已跟芯盟科技簽約為其產(chǎn)品提供三維異構單芯片的集成方案服務。
四．結語
令人欣慰的是，三維異構集成已開創(chuàng)為后摩爾時代集成電路產(chǎn)業(yè)劃時代的新領域，而且國內(nèi)相關技術已起步，領頭羊正蓄勢待發(fā)。相信在國家政策的正確、及時的指引下，我們的半導體創(chuàng)新技術可以厚積薄發(fā)，早日實現(xiàn)換道超車。
