臺灣半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（TSIA）理事長盧超群（Nicky Lu）正期待「虛擬」摩爾定律（“virtual”Moore’s Law）時代的來臨，因為它將有機會為芯片產(chǎn)業(yè)再次迎來成長和盈利。

「半導體產(chǎn)業(yè)即將出現(xiàn)另一個30年的成長期?！贡R超群在接受《EE Times》采訪時預測，「我們即將見證『實質(zhì)』的1nm制程技術(shù)出現(xiàn)。屆時摩爾定律將以『虛擬的』摩爾定律形式存在。」

半導體產(chǎn)業(yè)需要再次起飛。管理咨詢機構(gòu)麥肯錫（McKinsey）在2015年的一份報告中指出，從1995年到2008年，這個領域出現(xiàn)了7%的復合年成長率（CAGR），為股東帶來較整個股票市場更高三倍的投資報酬?，F(xiàn)在，情況明顯有了很大的變化。

盡管有些半導體公司持續(xù)成長以及不斷并吞較小規(guī)模的競爭對手，但這個領域的整體成長和營收卻一直在下滑。

盧超群認為，半導體產(chǎn)業(yè)將有機會擺脫年營收約4,000億美元的停滯期，并在1nm時實現(xiàn)1兆美元的營收前景。他在日前于日本富山市舉行的「IEEE亞洲固態(tài)電路會議」上發(fā)表《新晶片途徑》（A New Silicon Way）一文，描繪了一個突破芯片傳統(tǒng)線性微縮限制的新時代。

線性微縮明顯已經(jīng)達到實體極限了。盧超群指出，「人們經(jīng)常說致力于10nm制程，但你其實找不到任何線寬達到10nm的這個等級。」

擺脫2D平面

這正是技術(shù)發(fā)展轉(zhuǎn)而采取非線性路線的原因。2011年，英特爾（Intel）發(fā)布了三閘極（Tri-gate）技術(shù)，率先從平面開發(fā)的芯片上電晶體轉(zhuǎn)向三維（3D）結(jié)構(gòu)。采用3D結(jié)構(gòu)后，即使是微縮0.85倍也能讓晶體管密度達到像是以2D平面方式實現(xiàn)0.5倍微縮的效果，盧超群指出。

其它公司也紛紛追隨這一趨勢。東芝（Toshiba）建構(gòu)了48個層3D NAND，這款內(nèi)存已經(jīng)用在蘋果（Apple）的iPhone 7智慧型手機上。三星（Samsung）更進一步打造64層閃存元件。盡管其技術(shù)水準大約只有32nm，但實際上等同于13nm的效果，盧超群表示。

「我們現(xiàn)在正處于采用垂直晶體管的‘Silicon 2.0’時代，微縮參數(shù)大約在0.8至0.85之間?！顾赋?，「而到了‘Silicon 3.0’就會像是一種3D的形式。我們將見證越來越多的業(yè)者朝此方向發(fā)展?！?/p>

正如盧超群在發(fā)表的論文中所描述的，他預計在‘Silicon 4.0’將出現(xiàn)飛躍式進展。在當前3.0基礎上的技術(shù)進步催生了許多新的應用，如擴增實境（AR）、虛擬實境（VR）和機器智慧，他表示。下一個階段則是他所謂的「異質(zhì)整合」（heterogeneous integration），或透過像整合式扇出（InFO）等技術(shù)實現(xiàn)硅晶和非硅晶材料的整合。

展望InFO和更先進技術(shù)

InFO是臺積電（TSMC）公司開發(fā)的一種封裝技術(shù)，由于將接合焊盤放在硅晶邊緣，因而不需要再與基板互連。InFO可以使封裝厚度減小20%、速度提高20%，同時提高10%的熱性能。

英飛凌科技（Infineon Technologies）在2008年將這種技術(shù)發(fā)展成為嵌入式晶圓級球門陣列（eWLB），用于削減成本和封裝厚度，同時提升元件的整合度。然而，在臺積電推出商用化InFO之前，良率問題一直阻礙著這種新技術(shù)的導入。

「這種新的InFO結(jié)構(gòu)將引領異質(zhì)整合進入Silicon 4.0時代。」盧超群表示，「另一項創(chuàng)新是直通互連通孔（TIV）技術(shù)，它就像是利用一條管柱使芯片與外部連接。這樣就能同時為芯片內(nèi)部與外部實現(xiàn)水平和垂直互連能力。這是異質(zhì)整合持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。過去由于沒有InFO技術(shù)因此無法實現(xiàn)TIV?！?/p>

如今，藉由InFO技術(shù)，芯片可以直接連接諸如透鏡、感測器或致動器等目前嵌入于系統(tǒng)中但仍未微型化的元件，盧超群指出。

「這就是使用InFO實現(xiàn)的芯片與非芯片的異質(zhì)整合。」他表示，「目前這些元件全部都被安裝在印刷電路板（PCB）上，需要消耗很多功率。現(xiàn)在我們離最佳化的功耗還有5個數(shù)量級?！?/p>

在盧超群看來，這正是代工廠、芯片設計者和系統(tǒng)公司得以展開合作的新機會。芯片領域目前的整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模約有3,000億美元，但消費性電子則是一個擁有高達1.6兆美元的產(chǎn)業(yè)，他指出。

系統(tǒng)制造商需要異質(zhì)整合來打造體積更小、功耗更低的元件，盧超群表示。

「未來將會十分順利地過渡到這些新技術(shù)，畢竟我們距離摩爾定律的終結(jié)還有兩代之遙。」盧超群表示，「三閘極、3D NAND和InFO等技術(shù)的進展如今都非常順利。未來，芯片將持續(xù)微縮到5nm，而能夠?qū)崿F(xiàn)等效于1nm平面構(gòu)架的性能?！?/p>