摩爾定律漸走向終點 半導體巨擘早已不跟隨

作者莫大康，為著名中國半導體產業發展歷程學者，安邦諮詢公司顧問。

引言：

業界把摩爾定律奉為「聖典」，或者「指路明燈」，那是因為摩爾定律暗示著企業要義無反顧地去跟踪它，否則將出局。每兩年一個工藝台階的進步，由 250 奈米、180 奈米、130 奈米、一直到 45 奈米、32 奈米及 22 奈米與 14 奈米，如今台積電、三星等都聲稱己開始 10 奈米的量產，明年跨入 7 奈米。
 
但是現階段半導體業的現實己經發生了改變，表現在兩個方面：

一個是摩爾定律從尺寸縮小技術上越來越接近物理的極限，許多人說大約還有十年的時間，至 2025 年左右，或者到 5 奈米，甚至 3 奈米，而從經濟角度，由於投資巨大，導致只有少數 fabless 仍充滿期望。

另一個不可否認的事實，追趕或者跟踪摩爾定律，僅是少數巨頭的目標，而絕大部分的企業己經對之失去興趣，摩爾定律與它們的企業生存幾乎不存在任何的聯繫。
 
有一個概念要十分清楚，摩爾定律僅僅在尺寸縮小方面達到終點，而摩爾定律的含義仍在不斷的延伸，包括另外兩個方面，如異構集成及 2.5D、3D 封裝等 (more than Moore)，及後摩爾定律 (beyond Moore) 與硅光子通訊等。另一個是尺寸縮小到頭並不意味著半導體業停止發展，如 finFET 發明人胡正明教授所言，至此還找不到能替代矽的材料，半導體業發展還有 100 年。
 
因此現階段尺寸縮小能否持續下去並不是一個關鍵問題，甚至與大部分的企業已經關係並不大。只有持續跟踪定律的少數幾個巨頭，如台積電、三星、英特爾等它們在爭奪「誰是領先」，以及採用 EUV 光刻後可能產生的影響。
 
所以尺寸縮小的終止無關大局，應該關心的是未來半導體業如何健康地繼續走下去。

定律終止，產業持續：

說到摩爾定律終止實際上不夠全面，僅是之前產業的主要推動力，尺寸縮小遇到了物理極限，而定律本身正不斷的拓展，向更寬的範圍延伸。
 
半導體之所以偉大，有兩個方面非常突出，一個是它的大生產、批量產出，能滿足各種電子產品的需求；另一個是產品的成本能迅速下降。
 
例如一個原始矽片，12 英寸，價格約 120 美元，經過設計，製造，及封裝，約 500-800 工藝步驟，加工週期 40-60 天，一個矽片的價值能提高到約 3000 美元。而一個晶片製造廠的月產能通常是 40,000 片至 100,000 片，甚至 200,000 片，因此說它如同「印鈔機」一樣，並不過分。顯然如果晶片生產線一旦出現故障，包括如停電、設備維修、工藝問題等，每天、甚至每個小時的損失也十分可觀，所以說它如同「呑金獸一樣也恰如其分。
 
全球半導體業的發展與成長僅 50 多年曆史，然而它的呈指數式進步讓人們印象深刻。電子產品的終端應用從 PC、互聯網、到如今的手機等。目前智能手機是人類有史以來，數量規模最大的單個電子產品。未來 5 年預計智能手機出貨量會達到 85 億台，如果有好的運算算法或者人工智能的技術在手機上落地會快速的實現商業回報。所以智慧型手機仍是我們非常看好的終端平台。
 
今天來看，機器人、人工智能 (AI) 等的普及將逐漸替代人類的許多工作，加上 GooGle 的 AlphaGo 能下圍棋勝過柯潔與李世石，讓人感嘆它還能為人類作些什麼？
 
即便從技術角度，未來 2D、3D、TSV 及 SiP 等先進封裝技術的加入，讓之前不可想像的異構集成，把 CPU 與儲存器、邏輯 IC、RF、甚至 MEMS、Sensors 等集成一體，既可節省設計成本，又滿足高帶寬、小型化等要求，可以預言未來智能手機將集成語音、AI 等功能。
 
據市場研究公司 IDC 預測，2020 年全球物聯網連接數量將接近 300 億。物聯網市場規模預期在 2020 年前將以每年 16.9% 的速度增長，全球物聯網市場到 2020 年將增長至 1.7 萬億美元。顯然，物聯網將是一個非常巨大的市場，同時也成為了眾多廠商的必爭之地。

結語：

未來在 VR、AR、無人駕駛汽車、人工智能、物聯網、光子集成等新興產業的驅動下，半導體行業的發展是不可估量，但面臨的挑戰也是巨大的。不過，挑戰即是機遇，在這產業革新的大潮中如何能夠在摩爾定律進步與市場需求中取得平衡，持續為用戶創造更多的價值，為企業創造更多的收益，需要中國半導體行業認真思考的重要課題。