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本文由半导体产业纵横（ID:ICVIEWS）编译自mem全球电子产业正进入一个半导体技术仍扮演关键基础，却不再是主角的新时代。1965年首次发表的摩尔定律（Moore's Law)，激励无数研发工程师为实现“每颗IC元件上可容纳的晶体管数量每18个月会增加一倍”的目标，一次又一次突破技术极限、创造奇迹。实际上，连提出摩尔定律的Gordon Moore本人在2015年接受IEEE期刊《Spectrum》访问时都表示，他最初只是针对正改变电子产业经济模式的半导体技术提出趋势观察心得，完全没想到他的论点被记得那么久，甚至成为驱动产业发展的动力，而他自己也在好长一段时间之后，才逐渐接受它被称为“定律”。随着半导体制程节点微缩至个位数纳米世代，要让IC元件能依循摩尔定律持续进展的成本越来越庞大，众多关键元素也接近物理极限；因此近年来最常被拿来讨论的一个话题就是：摩尔定律何时终结？尽管多家芯片大厂致力从研发新一代材料，或是以高阶封装（即所谓2.5D/3D IC）为基础的异质整合（Heterogeneous Integration）解决方案来延续其寿命，它对半导体技术发展周期速度的预测确实已经失准。究竟，摩尔定律会“死”吗？要为这个大问题寻找答案，得从它最风光的时候找线索。呼应摩尔定律，持续发展的半导体产业在1980、90年代从原本以整合元件制造商（IDM）主导的模式，迈进专业厂商各自分工──1987年诞生、首创晶圆代工服务的台积电（TSMC）扮演了一个关键角色的新时代。为催生晶体管密度不断增加的下一世代半导体芯片，产业链上至下游，包括EDA工具供应商、无晶圆厂IC设计公司、微影/光罩/蚀刻/沉积制程步骤设备与材料供应商、晶圆代工厂、封装与测试厂商等不同部门厂商必须通力合作，也需要一个共同的指导原则，以免造成研发资源的分散， 同时实现最高成本效益。因此在1999年，结合欧、美、日、韩、中国台湾等五个区域的半导体产业协会共900多位来自厂商与学界成员智慧结晶的国际半导体技术蓝图（The International Technology Roadmap for Semiconductor, ITRS）应运而生（图1)，其目标就是要探索“产业界需要发展哪些技术能力，才能维持摩尔定律以及其他趋势？”图1 在最初几个版本的ITRS中，没有“已知可制造解决方案”得以克服的挑战，会在蓝图的必要技术表格中被标示为红色，因此也被称为红砖墙（Red Brick Wall)。图为2001年ITRS微影技术工作小组报告中的表格范例。（来源：ITRS 2001 Edition, Lithography)ITRS的前身是世界半导体理事会（WSC）与美国半导体产业协会（SIA）所主导、由美国当地半导体厂商（大多为半导体设备供应商）与学研机构共同订定之美国国家半导体技术蓝图（National Technology Roadmap for Semiconductor, NTRS)。而国际版半导体技术蓝图的问世，除了显示IC技术已从发源地美国扩散到世界其他区域，也意味着半导体已经成为全球化分工的产业；更值得一提的是，同属亚洲市场的中国台湾与韩国，在半导体技术上的实力已经达到让欧、美、日等工业强国不可忽视的程度。以15年为一个预测时间区段，ITRS旗下有数个涵盖设计、测试、元件结构、前段制程、微影、良率与封测等不同半导体生产关键元素的国际技术工作小组（ITWG)（图2)，分别负责观察与规划各专业领域技术解决方案的演进趋势方向，每两年更新一次蓝图。除了详列各项规格参数、成本预估等数据，ITRS各工作小组报告也会定义出正在开发中的技术解决方案需要实现哪些目标，并指出在制程继续微缩的路途中，哪些挑战并没有“已知的可制造解决方案”得以克服。图2 IRDS组织架构（来源：IRDS 2022 Edition，Executive Summary)从1999到2014的15年间，ITRS记录了科技演进与摩尔定律发展的辉煌历史，我们经历了个人电脑（PC）的鼎盛时期、网际网络的爆炸性成长，还有行动通信与手机（从功能型到智慧型） 的飞速发展，以及五花八门物联网（IoT）应用的大量崛起；为支援市场对IC性能与晶体管密度提升的需求，包括应变硅（Strained Silicon)、高介电（High-K)/金属闸极材料，多闸极/3D结构晶体管（如FinFET)，还有193纳米浸润式微影、多重图形（Multi-patterning)，以及系统级封装（SiP）芯片堆叠等技术解决方案进入ITRS， 半导体制程稳步从微米（μm）演进至纳米（nm）世代。随着终端应用的多元化与复杂度升高，微电子技术演进不再仅限于半导体CMOS制程本身，产业生态系统也在持续扩大，ITRS于2014年宣布迈入2.0版，将原本17个技术工作小组以7个焦点团队（Focus Team）取代，除了纳入系统整合、异质整合议题，也将后摩尔定律（More Moore，即持续以制程微缩的技术解决方案延续摩尔定律生命）、超越摩尔定律（More than Moore，涵盖CMOS制程之外其他多样化元件如感测器、微机电系统、光电元件以及生物芯片的技术发展）列为关注焦点（图3)，还有对超越CMOS(Beyond CMOS)，也就是并非以MOS晶体管为基础的自旋电子、磁性元件等新技术的探索。图3 2014年，ITRS 2.0版纳入后摩尔定律（MM)、超越摩尔定律（MtM）等概念（来源：IEEE IRDS官网）2.0版ITRS透露的趋势是，只靠半导体制造技术本身已经难以延续摩尔定律的生命，必须纳入其他跨领域技术知识才有可能突破（或另辟蹊径绕过）其极限。此时或许可以说摩尔定律已经式微、迈入末年，但从产业与技术发展的角度看来，应该说摩尔定律已经完成它在趋势预测上的阶段性任务，尽管不再准确，仍扮演着激励创新的标杆。ITRS 2.0在发表2015年版之后正式退场，2016年，接续ITRS扮演产、学界技术研发共同指导原则的全新国际元件暨系统技术蓝图（International Roadmap for Devices and Systems, IRDS）在IEEE的赞助下启动，并于2017年推出首版IRDS白皮书。IRDS同样以15年为一个预测区间，定义通用元件与系统的需求、挑战、潜在解决方案以及创新机会，原则上也是每两年更新一次。最新的2022年版IRDS旗下共有15个国际焦点团队（IFT)，包括由应用基准（Application Benchmarking, AB）与系统及架构（System and Architecture, SA）两个负责监测电子系统演进趋势之团队为首的八个基础设施IFT(Infrastructure IFTs)，以及由衍生之技术需求组成的五个专业IFT(Specialized IFTs)。摩尔定律精神不死，全球电子产业正进入一个半导体技术仍扮演关键基础，却不再是主角的新时代。准备好迎接挑战了吗？*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。