半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展離不開行業(yè)的共識，而行業(yè)的共識往往體現(xiàn)在行業(yè)所公認(rèn)的路線圖里面。在上世紀(jì)末，美國的半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)SIA聯(lián)合歐洲和亞洲的半導(dǎo)體行業(yè)，開始發(fā)布大名鼎鼎的國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）。ITRS主要的貢獻(xiàn)是通過協(xié)調(diào)全球的半導(dǎo)體行業(yè)，發(fā)布了在21世紀(jì)初十多年中的芯片技術(shù)路線圖，包括特征尺寸，功率密度，邏輯門密度等等。到了2015年，隨著傳統(tǒng)基于2D CMOS特征尺寸縮小的摩爾定律的發(fā)展到了尾聲，ITRS也不再更新，因此2015年版本就是ITRS的最后一個(gè)版本。在當(dāng)時(shí)，作為ITRS的牽頭方之一，SIA發(fā)表聲明將會(huì)在未來合適的時(shí)候發(fā)布新的半導(dǎo)體路線圖。而在上周，SIA和SRC聯(lián)合發(fā)布了微電子和高級封裝路線圖，作為ITRS的后繼者。

MAPT路線圖分析了未來十年內(nèi)預(yù)期對于半導(dǎo)體行業(yè)最重要的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，其中最重要的包括：

• l數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算
• l汽車電子
• l物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算
• l移動(dòng)通信
• l生物計(jì)算

數(shù)字芯片向來是半導(dǎo)體芯片中最核心的品類，其出貨量大，對于半導(dǎo)體芯片工藝的依賴度高，往往是驅(qū)動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的核心芯片品類；因此在在MAPT路線圖中，對于數(shù)字芯片相關(guān)的路線圖分析也是最詳實(shí)的。

在MAPT中，數(shù)字邏輯未來的進(jìn)步主要靠架構(gòu)上的進(jìn)步。MAPT提出主要的進(jìn)步方向包括：

進(jìn)一步提升集成度：由于半導(dǎo)體工藝進(jìn)步在未來十年中對于邏輯密度的提升貢獻(xiàn)有限，為了進(jìn)一步提升集成度，主要需要依靠高級封裝技術(shù)。高級封裝技術(shù)可以用不同的堆疊方式（2.5D以及3D）把不同的芯片粒（chiplet）集成在同一個(gè)封裝里并且可以解決先進(jìn)工藝的良率問題，因此可望在未來中高端芯片中得到更廣泛的應(yīng)用。

降低數(shù)據(jù)移動(dòng)開銷：隨著未來芯片集成度越來愈高（即邏輯越來越復(fù)雜），數(shù)據(jù)互聯(lián)的開銷將會(huì)成為芯片性能和能效比的主要瓶頸；例如，根據(jù)之前的研究，在10nm節(jié)點(diǎn)，高復(fù)雜度的SoC中數(shù)據(jù)互聯(lián)的功耗開銷已經(jīng)占到整個(gè)芯片功耗的90%左右，而未來隨著復(fù)雜度和集成度進(jìn)一步提升，數(shù)據(jù)互聯(lián)將會(huì)越來越成為瓶頸。為了解決這個(gè)問題，一方面需要使用高級封裝技術(shù)——例如，通過3D堆疊，互聯(lián)的物理距離會(huì)大大降低（因?yàn)榭梢源怪弊呔€），從而降低功耗；另一個(gè)重點(diǎn)則是通過新的架構(gòu)，例如近內(nèi)存計(jì)算和存內(nèi)計(jì)算，來降低開銷；最后，模擬和混合信號電路的創(chuàng)新也能降低數(shù)據(jù)移動(dòng)的開銷。

正如MAPT在數(shù)字邏輯章節(jié)的分析，高級封裝將成為未來半導(dǎo)體的主旋律。

例如，在未來五年中，一個(gè)系統(tǒng)中芯片粒的數(shù)量將從今天的4-10提升到10-30（提升3倍），預(yù)計(jì)在十年的時(shí)間內(nèi)芯片粒數(shù)量會(huì)提升更多；在內(nèi)存角度，芯片粒將會(huì)實(shí)現(xiàn)新的內(nèi)存架構(gòu)，從而改善內(nèi)存墻問題，到時(shí)候希望內(nèi)存的容量、速度和功耗將不再成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸；在互聯(lián)方面，未來10年高級封裝的互聯(lián)線數(shù)量將從今天的1000-2000上升到8000，另外使用新的IO接口技術(shù)（例如PAM8，以及高密度WDM光學(xué)互聯(lián)）來進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)帶寬并降低數(shù)據(jù)移動(dòng)開銷。

這些需求具體對應(yīng)到高級封裝的技術(shù)演進(jìn)，MAPT在高級封裝章節(jié)提出了未來十年的技術(shù)演進(jìn)方向。

我們認(rèn)為，在高級封裝未來十年中，最關(guān)鍵的技術(shù)演進(jìn)包括：

進(jìn)一步提升IO密度：將芯片粒之間的bump（焊球）間距從100微米降低到25微米，從而將IO密度提升16倍。

進(jìn)一步提升IO互聯(lián)線密度：這里的互聯(lián)線密度包括在晶圓正面將今天的2-3層線間距大于1微米的頂層銅互聯(lián)發(fā)展到7層線間距小于1微米的銅互聯(lián)，晶圓背面的RDL層互聯(lián)從一層上升到三層互聯(lián)并且將線間距從10微米降低到2微米；以及在晶圓間的互聯(lián)線間距從5微米降低到1微米，即互聯(lián)線密度提升25倍。

革新集成鍵合技術(shù)：從目前基于焊接（solder）的鍵合集成技術(shù)逐漸改進(jìn)到die-to-wafer以及die-to-die的鍵合。新的集成鍵合技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)高密度IO的核心技術(shù)。

模擬和混合信號電路在未來十年的半導(dǎo)體路線圖中也扮演了重要角色，因?yàn)槟M和混合信號電路仍將是重要應(yīng)用的賦能技術(shù)。

在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)端，EDA/IP和芯片是利潤核心環(huán)節(jié)。EDA/IP市場規(guī)模隨工藝制程演進(jìn)而提升，全球市場預(yù)計(jì)將達(dá)到215億美元左右。同時(shí)，全球半導(dǎo)體IP市場也將持續(xù)增長，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到101億美元。在芯片類型方面，模擬、功率、存儲(chǔ)等因應(yīng)用不同體現(xiàn)出不同的增長表象。模擬芯片因應(yīng)用分散而穩(wěn)步增長，功率芯片因新能源爆發(fā)式增長而供不應(yīng)求，存儲(chǔ)芯片因算力需求而前景廣闊。

下游半導(dǎo)體終端客戶的需求變化直接影響封測行業(yè)的技術(shù)路線和稼動(dòng)率。隨著智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心、高性能服務(wù)器等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)啥鹊囊笤絹碓礁撸统杀?、低功耗、小型化等要求將持續(xù)催動(dòng)Chiplet市場增加。

在路線圖中，我們可以看到GaN和SiC功率電子芯片都會(huì)得到長足的發(fā)展。對于SiC來說，預(yù)計(jì)未來10-15年，支持的電壓將從今天的3.3kV拓展到15-25kV，從而為新能源應(yīng)用提供支持，同時(shí)也進(jìn)一步增加器件載流子移動(dòng)速率以提升器件的性能（支持更高的開關(guān)頻率）；而GaN也在提供高器件性能和開關(guān)頻率的同時(shí)增加對于高電壓的支持，從今天的650V提升到3.3kV，而除此之外另一個(gè)重要的演進(jìn)方向是進(jìn)一步提升GaN對于硅基底（GaN on Silicon）的支持，在10年后預(yù)計(jì)200mm GaN-on-silicon晶圓將成為標(biāo)準(zhǔn)配置，從而進(jìn)一步降低GaN的成本并且有機(jī)會(huì)支持更方便的高級封裝集成。

半導(dǎo)體行業(yè)于未來依舊延續(xù)著廣大的發(fā)展舞臺與機(jī)緣，以下為數(shù)種或許之趨勢：

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的廣泛普及將為半導(dǎo)體需求帶來推動(dòng)。此類技術(shù)所需之更為高效、迅疾和穩(wěn)定之半導(dǎo)體產(chǎn)物，如GPU、TPU等，皆將持續(xù)受用。

物聯(lián)網(wǎng)之興起將推動(dòng)半導(dǎo)體需求之蓬勃增長。物聯(lián)網(wǎng)所須之各式傳感器、芯片、處理器和通訊設(shè)備等半導(dǎo)體產(chǎn)品，隨著其在各領(lǐng)域應(yīng)用愈趨廣泛，其對半導(dǎo)體之渴求更將擴(kuò)展。

5G技術(shù)之廣泛傳播將引發(fā)新的需求與機(jī)遇。5G所需之高性能、低功耗、寬帶之芯片和通訊設(shè)備，將使半導(dǎo)體行業(yè)面對新的成長契機(jī)。

可穿戴設(shè)備和智能家居市場之?dāng)U張將推動(dòng)半導(dǎo)體需求之蓬勃增加。此類設(shè)備所需之微小、低耗、高效半導(dǎo)體產(chǎn)物，如傳感器、微控制器等，皆將因之受益。

環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展之要求將引導(dǎo)半導(dǎo)體行業(yè)朝著更為綠色、高效之方向前進(jìn)。綠色半導(dǎo)體技術(shù)、新能源材料和可持續(xù)制造技術(shù)，將為未來半導(dǎo)體行業(yè)之重要方向。

總之，半導(dǎo)體行業(yè)于未來仍然懷揣著廣大的發(fā)展前景，技術(shù)創(chuàng)新、市場需求以及環(huán)保的可持續(xù)性，將共同成為其發(fā)展道路上的重要引擎。

審核編輯：黃飛