3d走视图引言
国家科技体制改革和创新体系建设领导小组第十八次会议5月14日在北京召开。会议要求，要高质量做好“十四五”国家科技创新规划编制工作，聚焦“四个面向”，坚持问题导向，着力补齐短板，注重夯实基础，做好战略布局，强化落实举措。会议还专题讨论了面向后摩尔时代的集成电路潜在颠覆性技术。无独有偶，美国早在2016年就部署了“后摩尔时代”创新支持、并在2017年启动“后摩尔时代”电子复兴计划，欧盟在2018年也提出了“后摩尔时代半导体增值策略”。
图1：各国积极制定“后摩尔时代”半导体发展战略
新封装、新材料、新架构驱动后摩尔时代集成电路发展
摩尔定律放缓，后摩尔时代到来。摩尔定律预言，通过芯片工艺的演进，每18个月芯片上可容纳的晶体管数量翻一番，达到提成芯片性能和降低成本的目的。近些年，随着芯片工艺不断演进，硅的工艺发展趋近于其物理瓶颈，晶体管再变小变得愈加困难。在摩尔定律放缓以及算力和存储需求爆发的双重压力下，以硅为主体的经典晶体管很难维持集成电路产业的持续发展，后摩尔时代到来。
图2：在PC领域摩尔定律逐步放缓
从演进路线来看，未来集成电路的长期演进有三种主流的路线：More Moore（使用创新半导体制造工艺缩
小数字集成电路的特征尺寸）、More than Moore（在系统集成方式上创新，系统性能提升不再靠单纯的晶体管特征尺寸缩小，而是更多地靠电路设计以及系统算法优化）、Beyond CMOS （使用CMOS以外的新器件提升集成电路性能）。
图3：未来集成电路长期演进的技术路线
从后摩尔时代创新的方式看，主要围绕新封装、新材料和新架构三方面展开。
1.新封装领域，3D封装、SiP（System In a Package，系统级封装）已实现规模商用，以SiP
等先进封装为基础的Chiplet模式未来市场规模有望快速增长，目前台积电、AMD、Intel等
厂商已纷纷推出基于Chiplet的解决方案。
2.新材料领域，随着5G、新能源汽车等产业的发展，硅难以满足对高频、高功率、高压的需求
以GaAs、GaN、SiC为代表的第二代和第三代半导体迎来发展契机。
3.新架构领域，以RISC-V为代表的开放指令集将取代传统芯片设计模式，更高效应对快速迭
代、定制化与碎片化的芯片需求。为应对大数据、人工智能等高算力的应用要求，AI NPU兴
起。存内计算架构将数据存储单元和计算单元融合为一体，能显著减少数据搬运，极大地提
高计算并行度和能效。长期来看，量子、光子、类脑计算也有望取得突破。
图4：后摩尔时代的颠覆性技术路线图
⚫新封装：提高效率、降低成本，先进封装前景广阔
随着节点缩小，工艺变得越来越复杂且昂贵，在经典平面缩放耗尽了现有技术资源、应用又要求集
成更加灵活和多样化的今天，若在芯片中还想“塞进更多元件”，就必须扩展到立体三维，从异构
集成(HI)中出路。
SiP优势显著，是超越摩尔定律的必然选择路径。受限于摩尔定律的极限，单位面积可集成的元件
数量越来越接近物理极限。而SiP封装技术能实现更高的集成度，组合的系统具有更优的性能，是
超越摩尔定律的必然选择路径。相比SOC，（1）SiP技术集成度更高，但研发周期反而更短。SiP
技术能减少芯片的重复封装，降低布局与排线难度，缩短研发周期。采用芯片堆叠的3D SiP封装，
能降低PCB板的使用量，节省内部空间。例如：iPhone7 PLUS中采用了约15处不同类型的SiP
工艺，为手机内部节省空间。SiP工艺适用于更新周期短的通讯及消费级产品市场。（2）SiP能解
决异质（Si，GaAs）集成问题。手机射频系统的不同零部件往往采用不同材料和工艺，如：硅，
硅锗(SiGe)和砷化镓(GaAs)以及其它无源元件。目前的技术还不能将这些不同工艺技术制造的零
部件制作在一块硅单晶芯片上。但是采用SiP工艺却可以应用表面贴装技术SMT集成硅和砷化镓
裸芯片，还可以采用嵌入式无源元件，非常经济有效地制成高性能RF系统。光电器件、MEMS等
特殊工艺器件的微小化也将大量应用SiP工艺。
图5：随着系统复杂度提升，SiP成本及开发周期优势显著图6：SiP能节省空间，为其他部件提供更多可用面积
Chiplet模式有望兴起，兼具设计弹性、成本节省、加速上市三大优势。Chiplet模式采用不同于
SoC设计的方式，将大尺寸的多核心的设计，分散到较小的芯片，再通过先进封装的形式以一种
类似搭积木的模式实现整合，更能满足现今高效能运算处理器的需求；而弹性的设计方式不仅提升
灵活性，也能有更好的良率及节省成本优势，并减少芯片设计时程，加速芯片Time to market（上
市）的时间。综合而言，相对于SoC，Chiplet将有设计弹性、成本节省、加速上市等三大优势。
SiP等先进封装技术是Chiplet模式的重要实现基础，Chiplet模式的兴起有望驱动先进封装市场快
速发展。