60多年前，第一個集成電路問世，拉開了集成電路芯片技術(shù)飛速發(fā)展的序幕。面向不同應(yīng)用的集成電路芯片的出現(xiàn)，在過去幾十年的發(fā)展歷程中，徹底改變了人類的生活方式。時至今日，以集成電路為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球第一大產(chǎn)業(yè)。信息交互、貨幣流通、醫(yī)療、娛樂等逐漸從20世紀(jì)中期的實體方式轉(zhuǎn)變成更加虛擬和數(shù)字化的方式。近年來，新冠肺炎疫情導(dǎo)致的公共衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)升高更加速了電子信息產(chǎn)業(yè)，特別是集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著微縮化的集成電路制造技術(shù)逼近物理極限，一系列新工藝、新材料、新技術(shù)，如三維集成、芯粒技術(shù)、存算一體芯片等，被積極探索，為集成電路技術(shù)的發(fā)展引入了新的思路，集成電路的“后摩爾時代”也隨之開啟。在這一時代背景下，人們對待集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向這一問題的解決思路和方法也在逐漸轉(zhuǎn)換和更新。一方面，基于現(xiàn)有的成熟工藝（28 nm及以上制程），主要將其用于新興智能應(yīng)用方向的市場拓展。另一方面，在對制造技術(shù)要求更高的傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域，人們依然需要技術(shù)迭代，通過引入極紫外（Extreme Ultra-Violet, EUV）光刻等尖端技術(shù)進一步按比例微縮化晶體管尺寸或是通過電路和芯片層面的三維集成來繼續(xù)維持算力的提升。此外，隨著馮·諾依曼架構(gòu)的局限性日益明顯，人們也開始探索能夠滿足更高算力、更低能耗需求的新型架構(gòu)和工藝技術(shù)，如非馮·諾依曼架構(gòu)芯片、類腦芯片以及量子超算芯片等，這些技術(shù)正在成為集成電路發(fā)展的新方向。

集成電路產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)60多年的發(fā)展，具有以下特點和發(fā)展規(guī)律。

一是國家戰(zhàn)略性和市場基礎(chǔ)性共存。由于上至國家安全下至民生，電子信息時代對信息交互的依賴越來越高，因此，一個國家集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)達程度，將直接決定其在國際上的國防實力和經(jīng)濟地位。只有掌握了先進集成電路工藝的核心技術(shù)，才能在電子信息時代的全球大環(huán)境下立于不敗之地。集成電路產(chǎn)業(yè)是需要從國家層面全局謀劃，并給予資金和技術(shù)支持的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。然而，與傳統(tǒng)的戰(zhàn)略性技術(shù)，如“兩彈一星”這種具有威懾力但是市場需求有限的技術(shù)相比，集成電路產(chǎn)業(yè)還具有市場基礎(chǔ)性。兩種特性的兼具使得集成電路產(chǎn)業(yè)成為事關(guān)國家地位、國防與民生的重要產(chǎn)業(yè)。

二是技術(shù)和資金投入高且需要持續(xù)性投入。只有經(jīng)年累月的技術(shù)和資金投入，才能保持集成電路企業(yè)在技術(shù)迭代的洪流中始終領(lǐng)先，并在利潤最高的尖端技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)長期回報。資金投入方面，對于代工廠（Foundry）而言，其主要投資用于建設(shè)生產(chǎn)線和工藝開發(fā)，對于集成器件制造商（IDM）而言，除了上述成本以外，其部分投資還需要用于產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)。隨著集成電路工藝水平的不斷提高，集成電路生產(chǎn)線建設(shè)的投資逐年增加�？梢哉f，集成電路產(chǎn)業(yè)是一個技術(shù)積累周期長且投資大的行業(yè)。中國應(yīng)利用舉國體制優(yōu)勢，對集成電路產(chǎn)業(yè)的成熟節(jié)點和先進節(jié)點投入提前布局，以保證這一領(lǐng)域得到持續(xù)長期的技術(shù)和資本投入。

三是產(chǎn)業(yè)波動具有一定的周期性。由于應(yīng)用范圍廣泛，與市場的聯(lián)系非常緊密，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展受應(yīng)用市場波動的影響十分明顯。世界集成電路市場的增長率一直呈現(xiàn)周期性的波動狀態(tài)，表現(xiàn)為每10年左右的增長率呈現(xiàn)一個先下降后上升的波動趨勢。出現(xiàn)這種趨勢的原因，一是宏觀經(jīng)濟的影響，如地區(qū)性或全球性的經(jīng)濟漲落；二是市場供需不平衡導(dǎo)致的部分領(lǐng)域規(guī)模調(diào)整。中國過去20年的GDP增長與電子信息制造業(yè)的增長速度和規(guī)律趨同，說明中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場擴展密切相關(guān)，集成電路產(chǎn)業(yè)的未來也依賴于整體市場和經(jīng)濟的繁榮。

四是具有產(chǎn)業(yè)技術(shù)先導(dǎo)性和應(yīng)用導(dǎo)向性。集成電路產(chǎn)業(yè)是利用尖端技術(shù)實現(xiàn)先進芯片應(yīng)用產(chǎn)品，從而實現(xiàn)其戰(zhàn)略價值和商業(yè)價值的行業(yè)。在這一過程中，原材料的加工、成套工藝中幾百道工藝的良率控制、電路設(shè)計的先進性等都將決定芯片最終的性能和市場。隨著工藝制程進入亞10 nm，最先進的單步工藝技術(shù)、集成技術(shù)、封裝技術(shù)等也將陸續(xù)應(yīng)用于芯片設(shè)計和制造，這也是集成電路產(chǎn)業(yè)的技術(shù)投入巨大的原因。此外，隨著電子信息時代應(yīng)用市場的不斷拓展和碎片化，基于多樣化應(yīng)用開發(fā)的芯片產(chǎn)品也日益增多。因此，集成電路產(chǎn)業(yè)會隨著應(yīng)用導(dǎo)向不同而出現(xiàn)多樣化發(fā)展的趨勢。

中國的集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)和規(guī)模在過去的20年中實現(xiàn)了飛速發(fā)展，世界市場占比從“九五”期間的0.63%發(fā)展到了“十三五”期間的26.6%。同時，銷售額也實現(xiàn)了指數(shù)級的增長。國家政策和集成電路產(chǎn)業(yè)人才為這些增長作出了巨大的貢獻。在集成電路設(shè)計方面，中國大陸的集成電路設(shè)計業(yè)已經(jīng)超越中國臺灣地區(qū)，成為全球第二大設(shè)計業(yè)聚集地。然而，相比于集成電路設(shè)計行業(yè)，電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation, EDA）軟件和知識產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property, IP）核的發(fā)展相對落后。EDA軟件尚難以與Synopsys、Cadence和Siemens EDA（前身為Mentor Graphics）三巨頭公司抗衡，而IP核模塊更是匱乏。因此，EDA軟件和IP核模塊已經(jīng)成為西方政客對中國集成電路產(chǎn)業(yè)打壓的主要殺手锏之一。為了促進IP核模塊的發(fā)展，中國未來可以探索IP核共享平臺這一模式，讓投資巨大的代工廠和設(shè)計公司共同促進IP核的成熟發(fā)展。

在集成電路制造領(lǐng)域，就制造工藝技術(shù)而言，中國在基于成熟技術(shù)的市場體系內(nèi)，已經(jīng)能夠完成大部分的芯片設(shè)計和制造。在基于技術(shù)迭代和三維集成領(lǐng)域，也部分達到了世界先進的發(fā)展水平。中芯國際和華虹半導(dǎo)體公司在世界半導(dǎo)體代工市場的占有率靠前，主要營業(yè)額來自于較為成熟的特色工藝生產(chǎn)線。

2020年以來，長江存儲在128層3D NAND閃存技術(shù)上取得突破，達到國際先進水平。然而，與制造工藝技術(shù)的發(fā)展相比，中國在原材料和制造裝備方面，仍然嚴(yán)重受制于國外的技術(shù)封鎖。在高端材料與設(shè)備供應(yīng)方面，中國的自給率較低，在40~45 nm節(jié)點接近50%，在7~14 nm節(jié)點僅為5%。電子氣體及金屬有機源對外依存度超過80%，化學(xué)機械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技術(shù)的拋光液國產(chǎn)化率小于10%，濺射靶材大部分需要進口，用于大生產(chǎn)的300 mm的硅片至今仍然主要依靠進口。相比于總產(chǎn)值，中國在集成電路裝備和原材料方面的市場份額仍存在一定差距。目前，國外對于先進工藝生產(chǎn)和供應(yīng)鏈中設(shè)備材料以及代工限制將極大程度地制約中國在這些新興關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

為了彌補原材料方面的短板，近年來中國在用于大生產(chǎn)的國產(chǎn)材料方面，取得了積極的進展，如原材料方面，有安集銅/阻擋層研磨劑、江豐鋁/鈦靶材、邯鄲NF3、新陽電鍍液等；晶圓制造方面，有研12英寸外延片良率/可靠性已經(jīng)通過大批量客戶認(rèn)證，而且12英寸及8英寸測試片和金瑞泓8英寸測試片都已被代工廠大量采購；光阻材料方面，北京科華光阻通過客戶驗證進入采購名單，打破了日本技術(shù)壟斷；CMP材料方面，成都時代立夫硅片研磨墊已經(jīng)進入采購，打破了美國和日本的技術(shù)壟斷，河北工業(yè)大學(xué)硅片研磨劑通過中芯國際的稽核認(rèn)證進入采購名單。在目前“反全球化”的國家主義國際環(huán)境下，對于中國當(dāng)下缺乏的集成電路制造關(guān)鍵技術(shù)、材料和設(shè)備，必須憑借中國的體制優(yōu)勢，通過攻堅創(chuàng)新，補足短板，打破集成電路產(chǎn)業(yè)鏈壁壘，實現(xiàn)技術(shù)自主可控的先進集成電路芯片產(chǎn)業(yè)鏈。

在封裝測試（簡稱封測）領(lǐng)域，中國的封測技術(shù)相比于制造和設(shè)計，處于世界領(lǐng)先的水平。代表企業(yè)如長電科技、通富微電和天水華天，在世界排名中分別為第3、第6和第7名。2022年上半年，長電科技營收額為305億元人民幣，在世界封測市場的占有率為12%。硬件方面，中國引線鍵合機等設(shè)備已經(jīng)具備自給能力，而檢測設(shè)備仍然大幅依賴進口。

隨著器件尺寸從亞微米級逐漸縮微至納米級，技術(shù)和資金的投入呈現(xiàn)指數(shù)級的增加。在這種情況下，部分企業(yè)和機構(gòu)逐漸將投入轉(zhuǎn)移至新材料、新架構(gòu)和新技術(shù)領(lǐng)域。在基于現(xiàn)有的硅基技術(shù)和馮·諾依曼架構(gòu)的“硅-馮”范式下，一部分半導(dǎo)體企業(yè)和機構(gòu)仍能夠沿著摩爾定律的趨勢，通過先進的互補金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）技術(shù)，提升計算芯片的性能。而大多數(shù)半導(dǎo)體企業(yè)和機構(gòu)則通過探索“泛摩爾化”的可能性，如基于新型晶體管技術(shù)和馮·諾依曼架構(gòu)的類硅模式、基于硅基器件和非馮·諾依曼架構(gòu)的類腦和存算一體模式，來拓展后摩爾時代的芯片發(fā)展空間。隨著算力和能效需求的進一步提高，傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)中數(shù)據(jù)搬運的低效性日趨顯著，基于存儲和運算一體集成的存算一體芯片，也將投入生產(chǎn)并用于終端市場。此外，在顛覆性技術(shù)的新興領(lǐng)域，如在基于量子自旋的量子器件、算法與架構(gòu)的量子芯片和神經(jīng)形態(tài)計算領(lǐng)域，相關(guān)研究工作也已經(jīng)開展了10余年�；�于量子計算的量子比特器件和CMOS外圍電路的工作已經(jīng)具備相當(dāng)?shù)恼故径�。不過相較于發(fā)展60余年數(shù)千億美元市值的集成電路產(chǎn)業(yè)而言，這些新興范式仍處于基礎(chǔ)研究階段，其產(chǎn)業(yè)化可行性和應(yīng)用價值有待進一步研究和論證。

在后摩爾時代，人們終將看到以摩爾定律為指導(dǎo)的等比例微縮技術(shù)逐漸走向盡頭。但是，通過新材料、新器件和新架構(gòu)的引入，集成電路產(chǎn)業(yè)和市場仍將持續(xù)擴大，繼續(xù)支撐國家安全與民生等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展。在目前的“反全球化”和新冠肺炎疫情影響下，中國正經(jīng)歷著百年未有之大變局。如何在變化的大形勢下走好集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的每一步棋，是中國在未來數(shù)十年內(nèi)保持經(jīng)濟繁榮和國家安全的關(guān)鍵。集成電路產(chǎn)業(yè)在后摩爾時代可以沿著先進工藝結(jié)合特色工藝、先進封裝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方式，實現(xiàn)應(yīng)用市場更加寬廣的“泛摩爾化”模式發(fā)展。在當(dāng)前的形勢下，相比于成本和研發(fā)投入巨大，且裝備和材料幾乎完全依賴境外的亞10 nm制程，本土自主可控的55 nm特色制程也許對中國掌握集成電路產(chǎn)業(yè)的基本盤具有更加重要的價值。

盡管當(dāng)前中國在集成電路領(lǐng)域面臨著從原材料、裝備到EDA工具的一系列“卡脖子”的問題，然而，在越來越緊迫的國際形勢下，機遇和挑戰(zhàn)同時呈現(xiàn)在國產(chǎn)材料、裝備和EDA企業(yè)面前，雖然挑戰(zhàn)相當(dāng)嚴(yán)峻，但也是產(chǎn)業(yè)快速崛起的機遇。

我們要有戰(zhàn)略定力，堅持開放的全球化政策，同時發(fā)揮舉國體制優(yōu)勢，集聚資源，在新型社會主義市場下開展大兵團作戰(zhàn)，加快建立國家級集成電路公共技術(shù)研發(fā)平臺，通過產(chǎn)教融合、科教協(xié)同培養(yǎng)人才，真正落實產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，發(fā)展芯片制造共性技術(shù)，支持中國集成電路產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)可控發(fā)展。

正如習(xí)近平總書記2021年在中國共產(chǎn)黨與世界政黨領(lǐng)導(dǎo)人峰會上所倡導(dǎo)的那樣：“道阻且長，行則將至；行而不輟，未來可期。”《前瞻科技》第3期出版集成電路科學(xué)與工程�？�，從先進裝備、先進工藝、EDA產(chǎn)業(yè)和IP核，到后道封裝，再到整個產(chǎn)業(yè)和人才培養(yǎng)的角度，做了詳盡的主題綜述、形勢分析和發(fā)展方向建議，以期為相關(guān)研究機構(gòu)和部門的科學(xué)決策提供有價值的技術(shù)參考。