芯片创新能否实现弯道超车？
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汪波：芯片领域是否能实现弯道超车，采用新材料、新技术后来居上？芯片发展历史中的那些直道和弯道，能告诉我们什么？

汪波

■摩尔定律已放缓到2.5到3年，晶体管缩小之路即将在0.3纳米节点走到终点……近年来人们越来越清楚地望到了传统芯片技术这条直道的尽头。

那么，芯片领域是否能实现弯道超车，采用新材料、新技术后来居上？为了回答这个问题，让我们先回顾一下芯片发展历史中的那些直道和弯道。

在摩尔定律在过去50多年里，芯片技术迈过一个又一个“坎”，正是由于有了“弯道”与“直道”的不断切换：当一条直道走到尽头时，就有新的弯道技术顶了上来，推动摩尔定律继续前进。

一项技术能否登上舞台，成为主流，取决于其是否适应摩尔定律两年翻一番的节奏。此外，也取决于它是否能够让芯片的成本不断降低。如果一项主流技术不再能让芯片规模翻倍、不能进一步降低芯片成本，那么它就走到了直道的尽头；反之如果一项边缘技术如果能让芯片规模继续翻倍、能进一步降低芯片成本，那么它就能跃上赛道，成功实现超越。

以光刻技术为例，193纳米的深紫外（DUV）光刻在21世纪初走到了直道的尽头，无法加工尺寸更小的晶体管，摩尔定律面临终止的危险。2003年林本坚发明的浸没式光刻技术异军突起，替代传统技术成为了新的主流技术，推动了摩尔定律继续前进。

其实早在1987年林本坚就提出浸没式光刻技术的想法了，但当时不知道哪一天才会应用开来，因而这项技术“蛰伏”起来。直到2003年，传统的193纳米干式光刻技术无法让芯片规模继续增大，浸没式光刻技术的优势显现了出来，让紫外光透过一层超纯水后将光波长缩短1.44倍，从而实现了超越，成为了主流光刻技术。

到了2018年，浸没式光刻也达到了极限，摩尔定律再次面临困境。为了让193纳米的浸没式光刻技术加工出7纳米芯片，工程师不得不采用复杂的多重曝光，费时费力、成本高昂，浸没式光刻这条直道也走到了尽头。这一年，13.5纳米的极紫外（EUV）光刻机研发成功，大大减少了曝光次数，省时省力。于是EUV光刻后来居上，成为了5纳米及以下技术的主流技术。一时EUV光刻机风光无两，但此时距离开始研发EUV光刻机已经过去了二十多年。

从上面的例子可以看出，弯道超车技术并非坦途，从研发到成为主流都经历了十多年到二十多年的时间。弯道超车谈起来容易，但在十几、二十年的时间里能坚持下来的企业凤毛麟角。所以，指望很短时间就一跃而上、成为超越现有技术的黑马，是不现实的，甚至是有害的，这种想法会让我们低估困难，欲速不达。

最近华为推出了Mate 60 Pro等一系列新手机，赢得了消费者的追捧热潮。除了第二代昆仑玻璃屏幕、潜望式长焦镜头、3D深感摄像头等功能，还是全球首款支持卫星通话的消费级通信手机，展示了这家高科技公司的实力。这些技术都是靠着长期的积累才有可能取得突破，而不可能是一蹴而就。

现在我们回过头，看一下近年来迅猛发展的极有潜力的新技术，如小芯片技术、RISC-V处理器和氮化镓、碳化硅技术。小芯片技术可以将成熟工艺芯片与先进工艺的芯片灵活地封装在一起，进一步提高了芯片的规模，并且提高良率，降低成本。RISC-V处理器完全开源，降低开发成本，避开了制裁风险。而碳化硅、氮化镓材料禁带宽度大，在功率、射频等应用上优于现有的半导体硅。无论是哪种技术，现在全世界的企业都已经达成一致，认为它们代表了未来的方向，是未来的弯道技术，并投入了大量人力物力进行研发。所有“赛车手”都全力以赴，它们的起点和困难相似，甩开对手的可能很小，更不必说大幅超车了。

在这种情况下，指望在一两个点上取得突破就战胜所有其他对手是不现实的。即便芯片关键技术取得了突破，后续还有稳定性、良率、价格、市场需求等因素在考验着新技术，这些因素都会决定这项技术的前途命运。只要一个方面出现差错，都有可能功亏一篑，历史上在这方面的教训非常多。如果不能抱着求实的态度、踏踏实实地解决问题，并瞄准未来可能兴起的应用规划好务实的路线图，未来胜出的可能性极小。

但是，能否实现超越，取决于这些企业的视野、定力和耐力，也取决于投资方的格局，能否长期坚持不放弃。

因此，在技术上存在着新技术异军突起取代传统技术的可能，但在实际的实现过程中，并不意味着可以在三五年内成为黑马。在别的企业会面临的技术障碍，在我们这里也会同样遇到。侥幸捡到一块别人从未发现的“狗头金”，其概率微乎其微。如果非要找一个更大概率的实现方式，恰恰是在三、四月就做当下应该做的事情，不做九、十月之想。

当下，我国的原始创新能力仍不强，源头上的核心专利匮乏，科研转化比例低，再加上关键技术的封锁，未来的道路艰难且长。唯一庆幸的是，由于近年来的打压，使我们清醒地认识到了自身的短板和缺陷。过去，我们因为没有意识到这些短板导致技术落后，这已经是过去的事无法再追回了。如今，我们已经认识到了自身的问题所在，如果仍期望走捷径而不是脚踏实地，那就白白浪费了这些打压给我们上的重要一课。

回顾芯片发展史，1960年，贝尔实验室的研究员阿塔拉和他的同事姜大元发明了MOS晶体管，然而等待他们的却是MOS晶体管研究被公司叫停、资金被抽回、项目组被裁撤，阿塔拉黯然离职。那个时候，主流的直道技术是BJT晶体管，不仅稳定性好，而且开关速度是MOS晶体管的100倍。倚重于快速通信技术的贝尔实验室自然更青睐BJT晶体管。于是做出了终止MOS晶体管的研究。但是仙童半导体等小公司则不断探索和改进MOS晶体管，终于在1977年让MOS晶体管的销量超过了BJT晶体管，此时距离MOS晶体管诞生已经过了17年。

回到现实，中国在芯片领域有没有可能弯道超车？比如说，通过某种新的技术、材料，或者模式，后发至上？就像现在新能源汽车，大家都在讨论说中国的新能源汽车正在弯道超车，让中国成为汽车制造的强国。

短期内（10年），摩尔定律仍有效，主流的器件仍在不断地缩小，以此推动芯片规模不断扩大。这些直道上的技术仍需要研究，因为市场和需求摆在那里。

当然这并不排除在新材料、新器件上取得突破，前沿领域研究。例如隆基公司的硅异质结太阳能电池去年打破了新的世界纪录，达到了26.81%。清华大学团队实现的小于1纳米尺寸的晶体管。这些仍需要时间来实现产业化。

直道和弯道，并非矛盾，而是并行的。在新技术成为主流之前让我们再多一些耐心。■

注：本文仅代表作者个人观点