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国家东风劲吹,江苏勇立潮头再突破—— 集成电路,如何乘风起航
集成电路产业和软件产业是信息产业的核心。8月4日,国务院正式印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》(以下简称《政策》),从财税、投融资、研究开发、人才等方面,进一步优化集成电路产业和软件产业发展环境。政策利好下,集成电路产业如何乘风起航?《科技周刊》记者采访业界专家,从解决技术短板、打通产业链条、突破人才瓶颈方面,给出良策。


底层科学与技术将受到更多关注


“集成电路是人类历史上最大的全球性系统工程,形成了全球合作、竞争格局。”南京大学微电子学院院长施毅教授告诉记者,比如美国、日本、荷兰等作为集成电路装备产业强国,在不同的细分领域彼此各有优势。

“在此次新政出台之前,我国从政策扶持、科研投入、社会投资等各方面已经做了一系列工作,中国的集成电路实现了一个大飞跃。”施毅表示,当前和今后一段时期,我国集成电路产业的发展进入了攻坚期和深水区,也是重要战略机遇期,面临的都是难啃的“硬骨头”。

中国是全球最大的集成电路消费市场,每年进口大量集成电路,对外依赖度很高,迫切需要攻克材料、制造、装备等短板。《政策》重点解决核心技术受制于人的问题,例如对先进工艺的支持,提出对集成电路线宽小于28纳米(含),且经营期在15年以上的企业免征10年所得税;对集成电路产业的生态环境也给予了重视,例如提出国家科技计划中的重大专项、重点研究计划等。

“集成电路迎来的政策利好,不仅让产业界振奋,对学术界也有巨大的促进作用。”南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师王肖沐表示。但同时也必须清醒地认识到,集成电路是一个需要长期积累的产业,政策和资源的短期倾斜,并不能立竿见影地产生效果。“西方发达国家从上世纪70年代开始,经历了至少五六十年的积累,其累积投入都在万亿美元以上。尽管我们国家这20年以来持续高投入,但跟西方国家比还是有差距的。”

“过去我们通过高水平引进制造流水线的解决方案,未来这种局面将被改变,底层科学与技术将受到更多的关注。”施毅介绍,固体微结构科学是集成电路芯片最核心的底层基础科学,可以说,集成电路器件过去和未来每一代核心技术飞跃,都与微结构科学不可分开。南京大学是我国最强的微结构科学研究和人才培养基地,拥有“固体微结构物理国家重点实验室”“南京微结构国家实验室(筹)”和“人工微结构科学与技术国家协同创新中心”等,将努力为产业界未来突破性技术革命做坚实的预先研究和技术积累。


产学研融合才能有技术的革新


“上世纪90年代初的时候,集成电路的设计成本只占整个生产成本的很少一部分,但是现在的设计成本占到了生产成本的一半甚至更高。”王肖沐告诉记者,跟上世纪比,现在集成电路的设计和制造都发生了翻天覆地的变化,几乎不可能以单个单位为主体来完成,而要拆分成若干团队的合作融合,不仅需要将很多研究者的研究综合起来产生结晶,不同领域研究者、企业界和高校要融合在一起,最终才能有技术的革新。

如今,芯片设计规模和设计复杂度急剧提高,要求更为深厚的技术积淀,一个学校不够承载一条完整的集成电路加工生产线,也很难承接完整的超大规模集成电路的设计。王肖沐举例,以前集成电路中的光刻最多只需要五次,现在90纳米工艺结点可能就要用到数十块光刻板,有5层以上的金属连接层。而大规模集成电路设计,不仅结构设计和版图布置越来越复杂,设计工具越来越专业,验证工作也越来越耗费人力;同时设计工作还需要大量使用IP核,也就是常用复杂电路形成封装好的功能模块,这些IP核通常是有经验的企业长期积累的结果。

“从高校的角度来说,我们可能不能帮助工业界在最终产品端发生翻天覆地的变化,但可以发挥自己在前沿性和基础研究上的优势,帮助比如华为这样的企业去解决集成电路中的一些棘手问题,在一些小问题乃至中等问题中,高校的研究可能会较快地派上用场。”王肖沐说。

集成电路产业是江苏建设制造强省和创新型省份的重要支撑。施毅介绍,江苏省集成电路产业位于全国前列,特别是封测领域规模遥遥领先于其他地区,南京市也致力于打造集成电路产业高地。高校加快集成电路的学科建设、队伍建设、人才培养和科技创新正当其时。

“目前江苏省正在就推动高水平建设高校服务集成电路产业高质量发展征求意见,就南大来说,除了基础科研的优势,我们在集成电路材料、新型器件、系统设计方面也很有特色,与长电科技、华为等都有长期的合作。接下来我们将组建跨学科优势研究团队,瞄准国际前沿科技,对接国家和省市重大发展需求,紧密围绕地方集成电路产业布局,结合产业发展趋势,重点开展微电子与光电子、第三代半导体、高性能计算芯片、人工智能芯片等方向的应用研究,实现关键技术突破,为产业发展提供源源不断的技术动力支撑。”


缩小人才培养与产业发展的差距


集成电路是“三高产业”,即高知识密集、高资本密集、高技术密集,而人才是集成电路产业发展的关键。王肖沐说,我国集成电路的人才匮乏是全方位的,除了高端集成电路设计人才(如内存、逻辑电路、模拟电路、显示光电等方向),专用半导体制造设备和材料、先进设计自动化工具都面临“人才荒”,“我们在2006年开始培养集成电路方向的专业硕士,但至今人才缺口依然巨大。”

人才紧缺是当前制约我国集成电路产业发展的最大障碍,在相关人才培养方面,高校面临现实的瓶颈。“高校拥有的是理论前沿研究的优势,但集成电路发展特别迅猛,学术界和工业界的差距实际上越来越大,人才培养和工业生产并没有实现接轨。”王肖沐说,上世纪90年代时,一个最先进的集成电路上,通常只有数千个晶体管;如今,一个并不算复杂的集成电路上,可能就有几千万乃至上亿个晶体管。“集成度越高、性能越强,集成电路发展到今天,已经是非常复杂的一个体系。”

此外,作为资本密集型产业,集成电路的生产需要大规模投资,一个光刻机至少就需要数亿美元,高校很难参与。王肖沐表示,目前南大电子学院所做的教学改革,正在努力弥补人才培养与工业界发展之间的差距——“我们与先进的制造单位联合,力争让每个学生在毕业前能够真正做一颗芯片,与最先进的工艺实现无缝对接。”

王肖沐介绍,做一颗芯片,要包括买材料、清洗硅片、光刻、离子注入、镀膜刻蚀等至少二十个步骤,在学校完整地实现设计加工,完成一颗芯片很难。但采用拼版代工的方式,让每一个学生能拥有一次切实了解设计方法、加工工艺和封装测试的机会,非常有助于学生的成长。“几百个晶体管组成的小规模电路,我们每个学生做一个电路,或者几个学生联合,也可以把一个具有简单功能的芯片设计出来。以前只有集成电路设计课题组的学生能接触到芯片,未来做系统、成像、光电、显示方向的学生都会关注到集成电路做到了哪个层次,知道产业界发展到了什么程度。”

“集成电路是一条很庞大的产业链,涉及不同层次各个层面,像是人的千千万万条毛细血管,断一条都会影响系统的正常运转。人才培养也是全方位的系统工程,不仅需要高校内部各相关学科之间协同,而且需要不同层次学校之间的合作和共同努力。”施毅介绍,去年,在江苏省工信厅指导下,南京大学等高校与江苏省信息技术职业院校、SK海力士半导体联合举办了集成电路实训夏令营。

《政策》提到,“加快推进集成电路一级学科设置工作,紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式,努力培养复合型、实用型的高水平人才。”施毅说,值得注意的是,集成电路的一级学科是放在新设置的交叉学科的门类中,集成电路的人才并不仅仅是在微电子学院培养。南大将以微电子学院作为主体,凝聚学校现有电子、物理、化学、计算机、软件等学科专业资源,申报集成电路一级学科,重点建设高层次集成电路产教融合创新平台,有效提升集成电路相关领域科技创新和交叉新工科人才培养能力。学院还将与集成电路骨干企业共建人才培养基地,建立任务驱动的校企联合导师团队,强化工程实训实践环节;整合培养资源,设立研究项目,推进个性化培养,形成本硕博贯通培养机制;实施宽口径、厚基础、学科交叉的新工科人才培养体系,培养“面向未来、顶天立地”的复合型领军创新人才。


素材来源:创新南京、新华日报