60多年前，第一個(gè)集成電路問(wèn)世，拉開(kāi)了集成電路芯片技術(shù)飛速發(fā)展的序幕。面向不同應(yīng)用的集成電路芯片的出現(xiàn)，在過(guò)去幾十年的發(fā)展歷程中，徹底改變了人類的生活方式。時(shí)至今日，以集成電路為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球第一大產(chǎn)業(yè)。信息交互、貨幣流通、醫(yī)療、娛樂(lè)等逐漸從20世紀(jì)中期的實(shí)體方式轉(zhuǎn)變成更加虛擬和數(shù)字化的方式。近年來(lái)，新冠肺炎疫情導(dǎo)致的公共衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)升高更加速了電子信息產(chǎn)業(yè)，特別是集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著微縮化的集成電路制造技術(shù)逼近物理極限，一系列新工藝、新材料、新技術(shù)，如三維集成、芯粒技術(shù)、存算一體芯片等，被積極探索，為集成電路技術(shù)的發(fā)展引入了新的思路，集成電路的“后摩爾時(shí)代”也隨之開(kāi)啟。在這一時(shí)代背景下，人們對(duì)待集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向這一問(wèn)題的解決思路和方法也在逐漸轉(zhuǎn)換和更新。一方面，基于現(xiàn)有的成熟工藝（28 nm及以上制程），主要將其用于新興智能應(yīng)用方向的市場(chǎng)拓展。另一方面，在對(duì)制造技術(shù)要求更高的傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域，人們依然需要技術(shù)迭代，通過(guò)引入極紫外（Extreme Ultra-Violet, EUV）光刻等尖端技術(shù)進(jìn)一步按比例微縮化晶體管尺寸或是通過(guò)電路和芯片層面的三維集成來(lái)繼續(xù)維持算力的提升。此外，隨著馮·諾依曼架構(gòu)的局限性日益明顯，人們也開(kāi)始探索能夠滿足更高算力、更低能耗需求的新型架構(gòu)和工藝技術(shù)，如非馮·諾依曼架構(gòu)芯片、類腦芯片以及量子超算芯片等，這些技術(shù)正在成為集成電路發(fā)展的新方向。

集成電路產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)60多年的發(fā)展，具有以下特點(diǎn)和發(fā)展規(guī)律。

一是國(guó)家戰(zhàn)略性和市場(chǎng)基礎(chǔ)性共存。由于上至國(guó)家安全下至民生，電子信息時(shí)代對(duì)信息交互的依賴越來(lái)越高，因此，一個(gè)國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)程度，將直接決定其在國(guó)際上的國(guó)防實(shí)力和經(jīng)濟(jì)地位。只有掌握了先進(jìn)集成電路工藝的核心技術(shù)，才能在電子信息時(shí)代的全球大環(huán)境下立于不敗之地。集成電路產(chǎn)業(yè)是需要從國(guó)家層面全局謀劃，并給予資金和技術(shù)支持的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。然而，與傳統(tǒng)的戰(zhàn)略性技術(shù)，如“兩彈一星”這種具有威懾力但是市場(chǎng)需求有限的技術(shù)相比，集成電路產(chǎn)業(yè)還具有市場(chǎng)基礎(chǔ)性。兩種特性的兼具使得集成電路產(chǎn)業(yè)成為事關(guān)國(guó)家地位、國(guó)防與民生的重要產(chǎn)業(yè)。

二是技術(shù)和資金投入高且需要持續(xù)性投入。只有經(jīng)年累月的技術(shù)和資金投入，才能保持集成電路企業(yè)在技術(shù)迭代的洪流中始終領(lǐng)先，并在利潤(rùn)最高的尖端技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期回報(bào)。資金投入方面，對(duì)于代工廠（Foundry）而言，其主要投資用于建設(shè)生產(chǎn)線和工藝開(kāi)發(fā)，對(duì)于集成器件制造商（IDM）而言，除了上述成本以外，其部分投資還需要用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。隨著集成電路工藝水平的不斷提高，集成電路生產(chǎn)線建設(shè)的投資逐年增加�？梢哉f(shuō)，集成電路產(chǎn)業(yè)是一個(gè)技術(shù)積累周期長(zhǎng)且投資大的行業(yè)。中國(guó)應(yīng)利用舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的成熟節(jié)點(diǎn)和先進(jìn)節(jié)點(diǎn)投入提前布局，以保證這一領(lǐng)域得到持續(xù)長(zhǎng)期的技術(shù)和資本投入。

三是產(chǎn)業(yè)波動(dòng)具有一定的周期性。由于應(yīng)用范圍廣泛，與市場(chǎng)的聯(lián)系非常緊密，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展受應(yīng)用市場(chǎng)波動(dòng)的影響十分明顯。世界集成電路市場(chǎng)的增長(zhǎng)率一直呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)狀態(tài)，表現(xiàn)為每10年左右的增長(zhǎng)率呈現(xiàn)一個(gè)先下降后上升的波動(dòng)趨勢(shì)。出現(xiàn)這種趨勢(shì)的原因，一是宏觀經(jīng)濟(jì)的影響，如地區(qū)性或全球性的經(jīng)濟(jì)漲落；二是市場(chǎng)供需不平衡導(dǎo)致的部分領(lǐng)域規(guī)模調(diào)整。中國(guó)過(guò)去20年的GDP增長(zhǎng)與電子信息制造業(yè)的增長(zhǎng)速度和規(guī)律趨同，說(shuō)明中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場(chǎng)擴(kuò)展密切相關(guān)，集成電路產(chǎn)業(yè)的未來(lái)也依賴于整體市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)的繁榮。

四是具有產(chǎn)業(yè)技術(shù)先導(dǎo)性和應(yīng)用導(dǎo)向性。集成電路產(chǎn)業(yè)是利用尖端技術(shù)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)芯片應(yīng)用產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)其戰(zhàn)略價(jià)值和商業(yè)價(jià)值的行業(yè)。在這一過(guò)程中，原材料的加工、成套工藝中幾百道工藝的良率控制、電路設(shè)計(jì)的先進(jìn)性等都將決定芯片最終的性能和市場(chǎng)。隨著工藝制程進(jìn)入亞10 nm，最先進(jìn)的單步工藝技術(shù)、集成技術(shù)、封裝技術(shù)等也將陸續(xù)應(yīng)用于芯片設(shè)計(jì)和制造，這也是集成電路產(chǎn)業(yè)的技術(shù)投入巨大的原因。此外，隨著電子信息時(shí)代應(yīng)用市場(chǎng)的不斷拓展和碎片化，基于多樣化應(yīng)用開(kāi)發(fā)的芯片產(chǎn)品也日益增多。因此，集成電路產(chǎn)業(yè)會(huì)隨著應(yīng)用導(dǎo)向不同而出現(xiàn)多樣化發(fā)展的趨勢(shì)。

中國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)和規(guī)模在過(guò)去的20年中實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，世界市場(chǎng)占比從“九五”期間的0.63%發(fā)展到了“十三五”期間的26.6%。同時(shí)，銷售額也實(shí)現(xiàn)了指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。國(guó)家政策和集成電路產(chǎn)業(yè)人才為這些增長(zhǎng)作出了巨大的貢獻(xiàn)。在集成電路設(shè)計(jì)方面，中國(guó)大陸的集成電路設(shè)計(jì)業(yè)已經(jīng)超越中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，成為全球第二大設(shè)計(jì)業(yè)聚集地。然而，相比于集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation, EDA）軟件和知識(shí)產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property, IP）核的發(fā)展相對(duì)落后。EDA軟件尚難以與Synopsys、Cadence和Siemens EDA（前身為Mentor Graphics）三巨頭公司抗衡，而IP核模塊更是匱乏。因此，EDA軟件和IP核模塊已經(jīng)成為西方政客對(duì)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)打壓的主要?dú)⑹诛抵�一。為了促進(jìn)IP核模塊的發(fā)展，中國(guó)未來(lái)可以探索IP核共享平臺(tái)這一模式，讓投資巨大的代工廠和設(shè)計(jì)公司共同促進(jìn)IP核的成熟發(fā)展。

在集成電路制造領(lǐng)域，就制造工藝技術(shù)而言，中國(guó)在基于成熟技術(shù)的市場(chǎng)體系內(nèi)，已經(jīng)能夠完成大部分的芯片設(shè)計(jì)和制造。在基于技術(shù)迭代和三維集成領(lǐng)域，也部分達(dá)到了世界先進(jìn)的發(fā)展水平。中芯國(guó)際和華虹半導(dǎo)體公司在世界半導(dǎo)體代工市場(chǎng)的占有率靠前，主要營(yíng)業(yè)額來(lái)自于較為成熟的特色工藝生產(chǎn)線。

2020年以來(lái)，長(zhǎng)江存儲(chǔ)在128層3D NAND閃存技術(shù)上取得突破，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。然而，與制造工藝技術(shù)的發(fā)展相比，中國(guó)在原材料和制造裝備方面，仍然嚴(yán)重受制于國(guó)外的技術(shù)封鎖。在高端材料與設(shè)備供應(yīng)方面，中國(guó)的自給率較低，在40~45 nm節(jié)點(diǎn)接近50%，在7~14 nm節(jié)點(diǎn)僅為5%。電子氣體及金屬有機(jī)源對(duì)外依存度超過(guò)80%，化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技術(shù)的拋光液國(guó)產(chǎn)化率小于10%，濺射靶材大部分需要進(jìn)口，用于大生產(chǎn)的300 mm的硅片至今仍然主要依靠進(jìn)口。相比于總產(chǎn)值，中國(guó)在集成電路裝備和原材料方面的市場(chǎng)份額仍存在一定差距。目前，國(guó)外對(duì)于先進(jìn)工藝生產(chǎn)和供應(yīng)鏈中設(shè)備材料以及代工限制將極大程度地制約中國(guó)在這些新興關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

為了彌補(bǔ)原材料方面的短板，近年來(lái)中國(guó)在用于大生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)材料方面，取得了積極的進(jìn)展，如原材料方面，有安集銅/阻擋層研磨劑、江豐鋁/鈦靶材、邯鄲NF3、新陽(yáng)電鍍液等；晶圓制造方面，有研12英寸外延片良率/可靠性已經(jīng)通過(guò)大批量客戶認(rèn)證，而且12英寸及8英寸測(cè)試片和金瑞泓8英寸測(cè)試片都已被代工廠大量采購(gòu)；光阻材料方面，北京科華光阻通過(guò)客戶驗(yàn)證進(jìn)入采購(gòu)名單，打破了日本技術(shù)壟斷；CMP材料方面，成都時(shí)代立夫硅片研磨墊已經(jīng)進(jìn)入采購(gòu)，打破了美國(guó)和日本的技術(shù)壟斷，河北工業(yè)大學(xué)硅片研磨劑通過(guò)中芯國(guó)際的稽核認(rèn)證進(jìn)入采購(gòu)名單。在目前“反全球化”的國(guó)家主義國(guó)際環(huán)境下，對(duì)于中國(guó)當(dāng)下缺乏的集成電路制造關(guān)鍵技術(shù)、材料和設(shè)備，必須憑借中國(guó)的體制優(yōu)勢(shì)，通過(guò)攻堅(jiān)創(chuàng)新，補(bǔ)足短板，打破集成電路產(chǎn)業(yè)鏈壁壘，實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主可控的先進(jìn)集成電路芯片產(chǎn)業(yè)鏈。

在封裝測(cè)試（簡(jiǎn)稱封測(cè)）領(lǐng)域，中國(guó)的封測(cè)技術(shù)相比于制造和設(shè)計(jì)，處于世界領(lǐng)先的水平。代表企業(yè)如長(zhǎng)電科技、通富微電和天水華天，在世界排名中分別為第3、第6和第7名。2022年上半年，長(zhǎng)電科技營(yíng)收額為305億元人民幣，在世界封測(cè)市場(chǎng)的占有率為12%。硬件方面，中國(guó)引線鍵合機(jī)等設(shè)備已經(jīng)具備自給能力，而檢測(cè)設(shè)備仍然大幅依賴進(jìn)口。

隨著器件尺寸從亞微米級(jí)逐漸縮微至納米級(jí)，技術(shù)和資金的投入呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的增加。在這種情況下，部分企業(yè)和機(jī)構(gòu)逐漸將投入轉(zhuǎn)移至新材料、新架構(gòu)和新技術(shù)領(lǐng)域。在基于現(xiàn)有的硅基技術(shù)和馮·諾依曼架構(gòu)的“硅-馮”范式下，一部分半導(dǎo)體企業(yè)和機(jī)構(gòu)仍能夠沿著摩爾定律的趨勢(shì)，通過(guò)先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）技術(shù)，提升計(jì)算芯片的性能。而大多數(shù)半導(dǎo)體企業(yè)和機(jī)構(gòu)則通過(guò)探索“泛摩爾化”的可能性，如基于新型晶體管技術(shù)和馮·諾依曼架構(gòu)的類硅模式、基于硅基器件和非馮·諾依曼架構(gòu)的類腦和存算一體模式，來(lái)拓展后摩爾時(shí)代的芯片發(fā)展空間。隨著算力和能效需求的進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)中數(shù)據(jù)搬運(yùn)的低效性日趨顯著，基于存儲(chǔ)和運(yùn)算一體集成的存算一體芯片，也將投入生產(chǎn)并用于終端市場(chǎng)。此外，在顛覆性技術(shù)的新興領(lǐng)域，如在基于量子自旋的量子器件、算法與架構(gòu)的量子芯片和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域，相關(guān)研究工作也已經(jīng)開(kāi)展了10余年�；�于量子計(jì)算的量子比特器件和CMOS外圍電路的工作已經(jīng)具備相當(dāng)?shù)恼故径�。不過(guò)相較于發(fā)展60余年數(shù)千億美元市值的集成電路產(chǎn)業(yè)而言，這些新興范式仍處于基礎(chǔ)研究階段，其產(chǎn)業(yè)化可行性和應(yīng)用價(jià)值有待進(jìn)一步研究和論證。

在后摩爾時(shí)代，人們終將看到以摩爾定律為指導(dǎo)的等比例微縮技術(shù)逐漸走向盡頭。但是，通過(guò)新材料、新器件和新架構(gòu)的引入，集成電路產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)仍將持續(xù)擴(kuò)大，繼續(xù)支撐國(guó)家安全與民生等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展。在目前的“反全球化”和新冠肺炎疫情影響下，中國(guó)正經(jīng)歷著百年未有之大變局。如何在變化的大形勢(shì)下走好集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的每一步棋，是中國(guó)在未來(lái)數(shù)十年內(nèi)保持經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)家安全的關(guān)鍵。集成電路產(chǎn)業(yè)在后摩爾時(shí)代可以沿著先進(jìn)工藝結(jié)合特色工藝、先進(jìn)封裝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用市場(chǎng)更加寬廣的“泛摩爾化”模式發(fā)展。在當(dāng)前的形勢(shì)下，相比于成本和研發(fā)投入巨大，且裝備和材料幾乎完全依賴境外的亞10 nm制程，本土自主可控的55 nm特色制程也許對(duì)中國(guó)掌握集成電路產(chǎn)業(yè)的基本盤具有更加重要的價(jià)值。

盡管當(dāng)前中國(guó)在集成電路領(lǐng)域面臨著從原材料、裝備到EDA工具的一系列“卡脖子”的問(wèn)題，然而，在越來(lái)越緊迫的國(guó)際形勢(shì)下，機(jī)遇和挑戰(zhàn)同時(shí)呈現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)材料、裝備和EDA企業(yè)面前，雖然挑戰(zhàn)相當(dāng)嚴(yán)峻，但也是產(chǎn)業(yè)快速崛起的機(jī)遇。

我們要有戰(zhàn)略定力，堅(jiān)持開(kāi)放的全球化政策，同時(shí)發(fā)揮舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，集聚資源，在新型社會(huì)主義市場(chǎng)下開(kāi)展大兵團(tuán)作戰(zhàn)，加快建立國(guó)家級(jí)集成電路公共技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，通過(guò)產(chǎn)教融合、科教協(xié)同培養(yǎng)人才，真正落實(shí)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，發(fā)展芯片制造共性技術(shù)，支持中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)可控發(fā)展。

正如習(xí)近平總書(shū)記2021年在中國(guó)共產(chǎn)黨與世界政黨領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)上所倡導(dǎo)的那樣：“道阻且長(zhǎng)，行則將至；行而不輟，未來(lái)可期。”《前瞻科技》第3期出版集成電路科學(xué)與工程專刊，從先進(jìn)裝備、先進(jìn)工藝、EDA產(chǎn)業(yè)和IP核，到后道封裝，再到整個(gè)產(chǎn)業(yè)和人才培養(yǎng)的角度，做了詳盡的主題綜述、形勢(shì)分析和發(fā)展方向建議，以期為相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和部門的科學(xué)決策提供有價(jià)值的技術(shù)參考。