文/劉啟強(qiáng)

【導(dǎo)讀】

廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院（以下簡稱半導(dǎo)體研究院或研究院）是廣東省科學(xué)院旗下的一家半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的主體研究機(jī)構(gòu)。自2016年正式注冊成立以來，研究院集聚了來自全球知名高校、科研機(jī)構(gòu)和頂尖半導(dǎo)體企業(yè)的高層次學(xué)科帶頭人，在第三代半導(dǎo)體材料、新型顯示器件等領(lǐng)域開展了一系列研發(fā)創(chuàng)新，取得了國際領(lǐng)先的技術(shù)成果。近日，本刊記者專程采訪了研究院引進(jìn)的學(xué)科帶頭人，曾在全球頂尖半導(dǎo)體公司Intel擔(dān)任研究員十多年的胡川博士，對胡博士立足廣東打造異構(gòu)集成技術(shù)開發(fā)高端平臺，提升我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研發(fā)制造能力的相關(guān)工作進(jìn)行了探訪。

躋身Intel核心部門 聚焦半導(dǎo)體領(lǐng)域最前沿研究

《廣東科技》：胡博士，您好，聽說您在國外學(xué)習(xí)工作了很多年，并在世界最大的半導(dǎo)體公司Intel擔(dān)任研究員，請給我們介紹一下您在國外工作學(xué)習(xí)的相關(guān)情況。

胡川：好的。我1988年考入北京大學(xué)物理系，并于1995年赴美國德克薩斯大學(xué)攻讀博士學(xué)位。我的導(dǎo)師是曾獲得美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SIA）最高獎的何兆中（Paul Ho）教授。在他的影響和指導(dǎo)下，我在完成物理學(xué)博士學(xué)位論文的同時，還學(xué)習(xí)了5個工程系的10門課程，由此開始了我的交叉學(xué)科學(xué)術(shù)生涯。2000年博士畢業(yè)后，我去了美國Intel公司，進(jìn)入基礎(chǔ)材料研究所（Components Research）工作。這個研究所是由Intel最資深、最核心的研究人員組成（比如現(xiàn)在的首席技術(shù)官（CTO ）Mayberry 博士），主要開展半導(dǎo)體領(lǐng)域最前沿的基礎(chǔ)材料、制程工藝的研發(fā)工作。我是該部門迄今為止唯一招募的中國籍研究員。

在Intel期間，我一方面從事Intel內(nèi)部的研究，與全球上百家設(shè)備、材料供應(yīng)商一起研發(fā)6年后可能在Intel能夠量產(chǎn)的工藝，并從可制造性、可靠性、性能、價格等綜合因素開展原創(chuàng)性研究。從2001年開始研發(fā)32nm工藝的解決方案，到2014年我離開Intel的時候，已經(jīng)開始了5nm以下代次研發(fā)。另一方面，我還負(fù)責(zé)參與管理和指導(dǎo)了幾十個大學(xué)項目，并協(xié)調(diào)整合產(chǎn)業(yè)、政府和研究院校的相關(guān)資源。

《廣東科技》：在美國，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與高校間的項目，也就是我們說的產(chǎn)學(xué)研項目，是以什么方式開展的呢？

2018年，研究院承辦廣東省第三代半導(dǎo)體發(fā)展戰(zhàn)略論壇，圖為參加論壇的嘉賓。

胡川：美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)學(xué)研項目主要有兩種：第一種是美國半導(dǎo)體協(xié)會下屬的非營利組織半導(dǎo)體研究公司（Semiconductor Research Corporation，SRC ）資助的項目。SRC公司目前已擴(kuò)展到全球成為最大的半導(dǎo)體企業(yè)，它是政府和企業(yè)合作的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)體，由它資助的合作項目的成果、專利將會被用來共享（我本人的博士研究也是這個機(jī)構(gòu)資助的）。SRC自1986年成立以來，共培養(yǎng)了超過1萬名的博士，資助的項目主要關(guān)注和研究未來4到10年內(nèi)可能量產(chǎn)的領(lǐng)域。

第二種是美國國防部和半導(dǎo)體企業(yè)通過“焦點(diǎn)中心研究計劃”（ Focus Center Research Program FCRP）資助大學(xué)的研究。該計劃資助項目的經(jīng)費(fèi)由美國政府和工業(yè)界各出一半，主要研究6～15年以后的焦點(diǎn)領(lǐng)域。麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等知名大學(xué)都是該計劃項目的合作伙伴，行業(yè)合作伙伴還包括IBM、Intel、德州儀器等業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)。我在2002～2012年擔(dān)任這個計劃項目的Intel導(dǎo)師。目前該計劃資助的相關(guān)項目已演化為電子“文藝復(fù)興”等一系列的方向，包括量子計算、異構(gòu)集成等未來的重大和主要發(fā)展方向都是從這里開始。

回國創(chuàng)業(yè) 繼續(xù)從事半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新

《廣東科技》：據(jù)了解，您回國后還是在半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，可以說對這個行業(yè)是非常熟悉的，想聽聽您對國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的解讀。

胡川：是的，回國后我就自己創(chuàng)業(yè)，還是做我的老本行。在半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)了近20年，一直聚焦全球產(chǎn)業(yè)最前沿的研究，并全程參與產(chǎn)學(xué)研的各個重要環(huán)節(jié)，對芯片從概念到量產(chǎn)的全球研發(fā)制造的完整生態(tài)都比較了解。

從1947年發(fā)明晶體管，1958年發(fā)明集成電路以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直在按照行業(yè)自身的發(fā)展規(guī)律前進(jìn)。1968年，Intel創(chuàng)始人摩爾提出了摩爾定律——每兩年晶體管密度翻一番。這樣一個指數(shù)遞增的規(guī)律不可能持續(xù)很久。最初，摩爾本人在1995年認(rèn)為這個定律在2005年會終結(jié)。之后，摩爾定律雖然幾次被延續(xù)，但2016年Intel沒能完成從14nm到10nm產(chǎn)線的升級，意味著嚴(yán)格意義上的摩爾定律就此終結(jié)。

至此，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長也就放緩了，因為從10nm到3nm，只有大約10倍（面積）的提升空間；小于3nm后，量子效應(yīng)非常顯著，會產(chǎn)生很多問題；即使能到1nm，整個產(chǎn)業(yè)依靠晶體管密度的提升也只有100倍的發(fā)展空間。另外，密度的提升也不能直接轉(zhuǎn)換為計算能力的提升，還要考慮散熱等因素會從可靠性方面限制算力，所以，目前整個產(chǎn)業(yè)都在尋找新的方向。

研究院的研發(fā)大樓

記者與胡川博士（中）合影

當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可的大方向主要是異構(gòu)集成的方法。簡單來說，在單顆芯片上集成更多的器件越來越難，因為所需的工藝也不一樣，如CPU和DRAM沒法統(tǒng)一優(yōu)化，基材也不同，比如硅（Si）、氮化鎵（GaN）、金剛砂（SiC）等；另外，更多的電子器件和傳感器也需要集成起來以減少尺寸、降低功耗，提升性能和可靠性。這就需要用更先進(jìn)的方法把不同的器件集成起來。由于在硬件性能提升上變慢，在后摩爾定律時代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的共識是認(rèn)為產(chǎn)業(yè)會從硬件為中心轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖☉?yīng)用）為中心、從通用計算轉(zhuǎn)變到專用計算，針對不同的算法和應(yīng)用場景，在硬件上而不是軟件上做相應(yīng)的調(diào)整。

還有一些相對比較細(xì)分的領(lǐng)域也有各自的發(fā)展，比如量子計算在密碼學(xué)方向、生物接口和傳感在人機(jī)交互上、存算一體和光計算在人工智能領(lǐng)域、第三代半導(dǎo)體在功率和射頻領(lǐng)域，納米器件在存儲和計算領(lǐng)域等，都有不少開創(chuàng)性的工作。

《廣東科技》：您覺得廣東芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展得如何？優(yōu)勢和不足有哪些？

胡川：先談?wù)剝?yōu)勢吧。廣東省一直是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的超大用戶。2018年，我國進(jìn)口的集成電路在3000億美元左右，其中廣東省占比超過1/3。這么大的規(guī)模優(yōu)勢在全球也是獨(dú)一無二的。在國內(nèi)10大IC設(shè)計公司中，廣東省就占3家。這些設(shè)計企業(yè)在以應(yīng)用為主導(dǎo)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，將是極其重要的驅(qū)動力量。

廣東省所處的粵港澳大灣區(qū)是另一個巨大的利好，這里有著充分的人才培育和國際化優(yōu)勢。此外，廣東省的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局具備實現(xiàn)完整的產(chǎn)業(yè)梯度優(yōu)勢，這對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展布局極為有利。

不足的地方是，廣東省在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展上非常不充分。我們知道，國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)主要集中在長三角地區(qū)，如集成電路芯片制造的中芯國際、華虹半導(dǎo)體，半導(dǎo)體設(shè)備的中微半導(dǎo)體等。當(dāng)然，這與國家當(dāng)時的產(chǎn)業(yè)布局息息相關(guān)。如今，全國很多城市都在積極培育半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，如武漢的長江存儲、西安的三星海力士、成都的英特爾、合肥的兆易，等等，這些體量相對較大的半導(dǎo)體企業(yè)都為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展與科技創(chuàng)新提供了核“芯”支撐。雖然深圳中芯8英寸線已經(jīng)投產(chǎn)，廣州粵芯12英寸線也逐步開始量產(chǎn)，但相對長三角地區(qū)，廣東的起點(diǎn)和體量還是偏低。另外，雖然廣東有豐富產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的專家，但在高端制造人才方面，以及在全球視角下的政策生態(tài)方面，都還有很大的發(fā)展空間。

半導(dǎo)體研究院的磁控濺射臺

半導(dǎo)體研究院的小型電子束蒸發(fā)臺

加盟半導(dǎo)體研究院 專注異構(gòu)集成封裝研究

《廣東科技》：您加入半導(dǎo)體研究院后，主要開展的研究工作和方向是什么？

胡川：我加入半導(dǎo)體研究院主要是從事異構(gòu)集成封裝的研究工作。半導(dǎo)體器件的異構(gòu)集成技術(shù)是把制程不同、功能各異的多種半導(dǎo)體器件，通過互連線進(jìn)行連接集成，從而提升集成電路整體性能。這是支撐每年萬億美元規(guī)模的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展最具潛力的關(guān)鍵技術(shù)之一。我做的工作簡單來說有兩大塊，一個是通過扇出封裝解決X、Y方向的互連，一個是通過3D封裝解決Z方向的互連。

我工作的方向也是兩個：一是用創(chuàng)新的方法把扇出和3D封裝的制造成本極大地降低下來，這樣才能把這個工藝擴(kuò)展到更大的半導(dǎo)體領(lǐng)域；二是探索比我在Intel做過的扇出和3D封裝更前沿的制造工藝，以推動最前沿的新技術(shù)發(fā)展方向。整體上，要實現(xiàn)在后摩爾定律時代新的突破，就需要從廣度（制造成本和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域）和深度（電學(xué)性能可靠性等）上同時推進(jìn)。

《廣東科技》：那您目前研究工作的進(jìn)展情況如何？

胡川：省科學(xué)院和半導(dǎo)體研究院對我的研究方向給予了高度重視和大力支持，目前，異構(gòu)集成先進(jìn)封裝實驗室已基本完成基礎(chǔ)建設(shè)，并將在年底投入使用，開展相關(guān)研發(fā)工作。我們通過打造異構(gòu)集成技術(shù)開發(fā)的高端研發(fā)平臺，將推動半導(dǎo)產(chǎn)體業(yè)從以硬件為中心轉(zhuǎn)向以軟件為中心、從通用計算向?qū)Ｓ糜嬎戕D(zhuǎn)變。未來，我們將有望形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，顯著提高我國在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研發(fā)制造能力。

《廣東科技》：對于如何推動廣東半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，很想聽聽您的觀點(diǎn)和建議。

胡川：我們國家在設(shè)計、晶圓和封裝的規(guī)模上大致相當(dāng)，其中，設(shè)計的體量最大、成長最快、資金門檻也最低。但光有設(shè)計是不夠的，我認(rèn)為廣東半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還應(yīng)大力發(fā)展主流硅器件。雖然，相對于Intel、高通、英偉達(dá)等主要國際大廠，我們在工藝和知識產(chǎn)權(quán)上落后很多，但半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)過50年嚴(yán)格的摩爾定律后，正處于一個具有很大不確定性的變化期里。在這樣的時代，即使是傳統(tǒng)的主流硅器件領(lǐng)域，也不是一成不變的，會涌現(xiàn)出新的創(chuàng)新主導(dǎo)者。

因此，我個人認(rèn)為，廣東半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨以下一些領(lǐng)域的機(jī)遇：一是能代表未來創(chuàng)新趨勢的領(lǐng)域，如異構(gòu)集成封裝、納米材料器件等；二是與廣東的產(chǎn)業(yè)結(jié)合緊密、有市場保障的領(lǐng)域，如手機(jī)和電子產(chǎn)品所需的器件；三是有獨(dú)特優(yōu)勢、能夠發(fā)展到細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)全球前三的領(lǐng)域，如專用芯片ASIC設(shè)計；四是全球競爭上相對不是一家獨(dú)大的領(lǐng)域，如第三代半導(dǎo)體和MEMS傳感器等；五是一些相對比較邊緣化的超前領(lǐng)域，如量子計算、生物計算等。

《廣東科技》：那您覺得當(dāng)前發(fā)展面臨的最大難點(diǎn)是什么？

胡川：首先一個最根本的問題，就是知識產(chǎn)權(quán)的培育和保護(hù)。雖然在這方面，國內(nèi)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，但還需不斷加大力度。因為只有建立起良好的培育和保護(hù)機(jī)制，社會和政府的資金才會流入到產(chǎn)業(yè)里來，有價值的知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新才能得到資源以持續(xù)發(fā)展。目前，國內(nèi)的知識產(chǎn)權(quán)培育和保護(hù)都還不夠，這導(dǎo)致的一個最大問題就是投資創(chuàng)新的回報不夠。

第二個主要的挑戰(zhàn)是人。廣東的人才吸引力很大，但我們需要各個級別、層次的人來參與完成不同環(huán)節(jié)上的工作，所以我們非常需要有國際視野、有產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的人來主導(dǎo)相關(guān)政策的制定與執(zhí)行，來參與產(chǎn)業(yè)的設(shè)計和建設(shè)，來指導(dǎo)制造的規(guī)劃和實施，來輔導(dǎo)創(chuàng)新的培育和產(chǎn)業(yè)化。

第三個挑戰(zhàn)是政府對創(chuàng)新的持續(xù)投入。創(chuàng)新必然伴隨著風(fēng)險，尤其是在我們相對落后的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，不可能通過短期投資行為來追求短期回報，政府和產(chǎn)業(yè)界要對風(fēng)險有充分的認(rèn)識和包容。同時，進(jìn)一步加大對存量公共研發(fā)平臺的扶持力度，對前期投入已有進(jìn)展的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行長期性、持續(xù)性投入。面對創(chuàng)新，要多培育、多包容、多保護(hù)，很多好的創(chuàng)意和想法，都需要時間來達(dá)成，一定的靈活性和變通性，也有助于產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

（本文圖片由受訪者提供）

機(jī)構(gòu)介紹

廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院（以下簡稱研究院）是廣東省科學(xué)院下屬的23個骨干研究院所之一，其前身是2010年10月在時任省委書記汪洋同志關(guān)懷下成立的廣東半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。作為廣東省在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的主體科研機(jī)構(gòu)，研究院建立了材料外延、微納制造、封裝應(yīng)用、分析測試四大科研平臺，擁有包含MOCVD在內(nèi)的120多臺/套關(guān)鍵設(shè)備，總價值上億元，是國內(nèi)先進(jìn)半導(dǎo)體材料與器件研究的重要基地，也是國內(nèi)少數(shù)擁有完整半導(dǎo)體工藝鏈且具備產(chǎn)業(yè)技術(shù)中試能力的研究平臺之一。此外，研究院是中國有色金屬學(xué)會寬禁帶半導(dǎo)體專業(yè)委員會的掛靠單位，該專委會是中國首個第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的專業(yè)委員會，有16位院士出任專委會顧問，專委會委員基本覆蓋了國內(nèi)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域著名的高校、科研院所和企業(yè)的知名專家，具有廣泛的代表性。研究院還擁有廣東省第三代半導(dǎo)體材料與器件工程技術(shù)研究中心、廣東省固態(tài)紫外光源工程技術(shù)研究中心、廣東省寬帶半導(dǎo)體材料及器件創(chuàng)新中心等多個省部級創(chuàng)新平臺。

成立以來，研究院立足于廣東省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的實際需要，聚焦寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)研究，兼顧重大技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，發(fā)展了以下研究方向：功率電子器件及檢測、新型顯示技術(shù)和紫外光電材料與器件等技術(shù)研發(fā)；高端半導(dǎo)體照明技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)；半導(dǎo)體工藝設(shè)備國產(chǎn)化關(guān)鍵部件開發(fā);先進(jìn)集成電路封裝技術(shù)；半導(dǎo)體器件溫度表征技術(shù)和可靠性技術(shù)；集成電路設(shè)計技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)等。

目前，研究院已搭建起較為完善的學(xué)科生態(tài)圈，擁有包括來自全球知名高校、科研機(jī)構(gòu)和一流企業(yè)的高層次學(xué)科帶頭人，形成了以Intel、Facebook等國際知名企業(yè)核心專家為首的具有國際化研究背景的高水平人才隊伍，在第三代半導(dǎo)體材料、新型顯示器件等領(lǐng)域，研究院均取得了國際領(lǐng)先的技術(shù)成果，承擔(dān)和參與了國家和省市級科研項目80余項，孵化科技企業(yè)5家，充分發(fā)揮了支撐廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的公共開放平臺作用。

隨著粵港澳大灣區(qū)國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)的加快推進(jìn)，研究院的研究方向已覆蓋新一代通信、集成電路設(shè)計與制造、人工智能、先進(jìn)光電子與微電子材料器件等多個半導(dǎo)體相關(guān)的經(jīng)濟(jì)社會核“芯”技術(shù)領(lǐng)域。未來，研究院將緊緊圍繞廣東“一核一帶一區(qū)”和粵港澳大灣區(qū)發(fā)展需要，進(jìn)一步集聚半導(dǎo)體領(lǐng)域的高端人才，聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)，打造支撐廣東乃至國家戰(zhàn)略的樞紐型高端平臺。