中國信息產業走出低谷之見系列報道之六——大力發展微電子技術

微電子技術是信息產業革命的技術基礎，也將是下一次，也就是第三次產業革命的技 術 基礎。我國信息產業的瓶頸主要體現在微電子技術水平的差距上。只有從設計、制造與應用 三個方面實行策略聯盟，協調發展微電子技術，才能為我國的信息產業的迅速發展，并為第 三次產業革命打下堅實的可持續發展的技術基礎。

信息產業的技術基礎

信息產業的發展和其它產業的發展一樣，都取決于科學技術的發展水平。世界科學技術 發展的歷史表明，每一次產業革命，都是以物質機器的發明為基礎的。第一次產業革命的物 質機器是蒸汽機；使人類進入了工業時代；第二次產業革命的物質機器是以微電子技術為基 礎的計算機，使人類進入了信息時代。從機器發展的角度來看，今天人類已經從物理機器的 時代，走到了信息機器，也就是計算機的時代。從科學發展的角度來看，人類已經從物質科 學時代進入到了信息科學的時代。信息論，控制論，系統論等可以歸入理論信息科學的范疇 ；計算機技術，通訊技術，控制技術等則可以歸入技術信息科學的范疇。

我國信息產業的發展現狀是：我們可以研制出很高性能的計算機及通訊與家電設備，就 是缺少核心的東西，國產的“?quot;片；我們可以研制出各種繪圖機，缺少的也是核心的東西 ，國產的噴墨“頭"；我們可以研制出多種多樣的嵌入式遙感系統，缺少的也是核心的東西 ，高性能的國產傳感“器"。歸根到底，我國的信息產業的發展，與國外的相比，不足的根 源就是微電子技術的差距太大。

信息產業的物質機器計算機是由硬件與軟件兩部分組成的，而軟件是在硬件的限制下發 展的，即硬件的水平將決定軟件所能達到的水平。特別是現在，科學工作者正在把生命作為 一種智能計算機來理解的時候，第三次產業革命的物質機器，估計將是全面具有類人智能的 計算機。它不僅在計算速度上將達到并超過人腦的兩億億次計算速度，而且還具有類似人腦 那樣的智能以及類似五官系統的“眼，耳，鼻，舌，身"等。這些能不能僅僅通過常說的計 算智能（ComputationalIntelligence）的形式體系，也就是基于連接機制和基于進化機制 的人工智能形式體系就能解決，還很不清楚。不過，由于人腦的基本成份的95％是水，人體 的主要元素是氫，氧，碳，氮，鈣和一些鹽類，再加一些微量元素，如鐵，鎂等。能聽說讀 寫，會感知世界與改造世界的人就是由這些基本元素的原子級的巧妙構造而來的，人們正在 從納米技術，生物技術，MEMS技術與機器人技術等多方面進行探索，希望能從原子和分子級 的設計上來實現第三次產業革命，使人類進入智能時代。

微電子技術是無法回避的

作為現代信息產業技術基礎的微電子技術包括芯片制造技術與設計技術，主要體現在加 工設備，加工工藝，封裝測試，批量生產以及設計創新的能力上。加工設備的能力可以從硅 園片的尺寸大小與硅芯片的特征線寬水平來衡量。目前，芯片加工設備正在從200毫米硅園 片加工設備向300毫米硅園片加工設備過渡。從芯片特征線寬來看，目前,0.18－0.25μm芯 片已進入批量生產階段，估計2002年將達到0.13μm，半導體設備廠商正在積極進行努力， 研發100nm技術的加工設備。芯片廠商不僅在繼續縮小芯片的特征線寬，以提高單功能芯片 的集成度；而且已能開發能在一塊芯片上集成多種功能的加工工藝，將應用系統集成在一塊 芯片上而成為系統芯片（SOC）。要發展我國的信息產業，有關微電子技術的這些問題都是 要盡快解決才行的。

為了迎接下一次產業革命，人們也早已在加速改進為實現納米技術目標所需的工具。19 81年IBM公司發明了“掃描探測顯微鏡"（SPM），使技術人員能夠通過一個超級尖端來施加 電壓，從而移動原子。“原子力顯微鏡"也是由IBM公司開發的，它能夠生成單個原子的表面 狀態圖像，科學家們因而可以獲得有關物質如何運動和在原子及分子水平上相互作用的新知 識，這意味著他們現在能夠把不同的分子彼此連接起來。由于納米技術是在原子與分子級上 進行設計來實現人們所希望的類生物的智能產品，人們預計它將使人類從信息時代進入智能 時代。由于第三次產業革命的科學技術：光電子學，納電子學，分子電子學和量子信息等， 都需要采取由微電子產業發展起來的半導體微加工工藝技術，微電子技術不僅是信息產業革 命的需要，也是下一次智能產業革命的需要，所以發展微電子技術是無法回避的。

自主芯片設計是無法回避的

近些年來，由于芯片的集成度已經上升到硅襯底能代替印制板（PCB），過去用若干物 理組件在PCB上實現的復雜的電子系統，現在已能用若干IP（IntellectualProperty）核在 硅襯底上實現，微電子技術已經從VLSI走向系統芯片SOC（SystemonChip）的新階段。由于P CB系統的設計與驗證主要是PCB上的物理組件之間的相互作用，而不是物理組件本身的設計 與驗證。物理組件一般是只能選用而不能修改的；如果沒有合適的物理組件可用來實現系統 的功能時，則就要進行相應物理組件的ASIC或FPGA設計。對SOC來說，由于組成它的IP核具 有可修改性，在當前的SOC設計中，利用了IP核的可修改性帶來的靈活性。但IP核的這個與 物理組件在應用上的差別，不僅帶來了SOC設計與驗證的復雜性，而且也形成了提高SOC設計 效率的障礙。那么，能不能使SOC的設計與PCB系統的設計類似，只有IP核的合并與互連布圖 驗證呢？在SOC設計中要實現PCB系統設計中物理組件只能選用不能修改的原則，也就是相當 于要將IP核設計成一種只需選用不需修改的可重用IP核。像PCB系統通過物理組件的積累形 成物理組件庫那樣，對于SOC也要通過IP核的積累形成IP核庫。順便指出，IP核是可以參數 化的，利用這一點，可以提高它的派生能力。還有，總線是PCB系統通信的主要結構，在SOC 中也需要采用這樣的技術。總之，要參照PCB系統的設計策略，就是要像物理組件的設計與P CB系統的設計能分開進行那樣，按照即插即用的SOC設計目標，IP核的設計與SOC的設計也應 該是能分開進行的。實現的關鍵就是如何能建立一些不需修改就能重用的IP核？以及如何使 這些IP核適合應用領域的要求，能構成優化的SOC產品？換句話說，為了充分利用設計重用 的好處，必須考慮兩個方面：一是可重用構件的設計；二是重用已有構件的新系統的設計。

現在國內已經有用國外的IP核進行SOC芯片設計的，如果總是這樣作，我們的SOC芯片設 計就要受制于別人的IP核；就相當于現在總是用國外的芯片進行計算機設計，受制于別人的 芯片一樣，會防礙我國信息產業的發展。所以，自主設計芯片是無法回避的。

四大競爭需要大聯合

現在，半導體工業作為信息產業的技術基礎，在世界范圍內已處于激烈的競爭之中。美 國的微電子工藝和加工設備是領先于各國的，但80年代曾被人超過。為此，美國成立了半導 體工藝聯合體，花了幾年時間又重新領先。日本的水平僅次于美國，是花了一二十年的努力 達到的。為了提高國際競爭能力，據報道，日本正在通過實行半導體聯合突圍的策略聯盟及 合并等方式，爭取重新成為全球半導體產業的領先企業。今年1月4日，NEC、日立、三菱電 機等11家日本半導體制造商就聯合宣布，計劃合資成立生產新一代半導體的公司，采用0.1 微米或更先進的制造工藝，為共同出資的半導體廠商生產半導體，預計產品以能處理大容量 數據的系統芯片為主。還有東芝、富士通于3月21日共同宣布，雙方計劃成立半導體策略聯 盟，共同開發并生產芯片。幾乎在前兩樁合作宣布的同時，3月22日，日本5大芯片業巨頭聯 合，正著手開始一項由日本政府支持的下一代半導體制造技術研究計劃，以便在政府支援下 共同開發新一代芯片。目前在日本半導體業界,各大公司甚至還在醞釀一個更加宏大的構想, 將各公司的半導體業務部門合并成1到2家公司,以此來提高國際競爭力。

要使我國的信息產業發展到具備與外國公司競爭的能力，我們不僅要對關鍵的半導體加 工設備，要從以購買為主，走向以制造打破壟斷；對芯片設計與制造，要從以跟蹤仿制為主 ，走向以創新開拓未來；而且還要從設計，制造與應用三個方面，實現行業內的與跨行業的 策略聯盟，協調發展信息產業技術，才能真正確保我國信息產業的順利發展，并為第三次產 業革命打下良好的技術基礎。