大國科技競爭白熱化 集成電路產(chǎn)業(yè)身陷囹圄

半導體是計算機、通信、武器裝備、汽車、航天和其他現(xiàn)代電子技術(shù)產(chǎn)品的核心，是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。我國半導體產(chǎn)業(yè)嚴重受制于人，近年來尤其受到歐美等國的聯(lián)合限制與打壓，嚴重阻礙我國先進技術(shù)的發(fā)展，限制國防軍工、航空航天、人工智能、大數(shù)據(jù)等戰(zhàn)略領(lǐng)域技術(shù)升級，鎖住我國前沿科技發(fā)展的咽喉。從2022年10月，美國商務部公開對中國先進計算和半導體制造物項實施新的出口管制規(guī)則，到2022年8月，美國正式出臺《2022年科學和芯片法案》(簡稱“芯片法案”)，再到歐日韓等國推動加劇半導體產(chǎn)業(yè)供應鏈的的分裂，掣肘全球半導體產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。歐美等國的層層逼迫、步步打壓，使我國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨斷崖式下降的風險，受制于人不如立志治于人，創(chuàng)新發(fā)展中國自主的半導體產(chǎn)業(yè)供應鏈，實現(xiàn)換道超車迫在眉睫。

科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，數(shù)字時代下數(shù)據(jù)爆炸式增長對半導體計算架構(gòu)、集成工藝創(chuàng)新提出了新的挑戰(zhàn)，摩爾定律逐漸逼近物理極限，單純靠提升工藝來提升芯片性能的方法已無法充分滿足時代的需求，半導體行業(yè)逐步進入了后摩爾時代。如何在嚴峻的外部形勢下，基于現(xiàn)有尚未成熟的先進替代材料研發(fā)制造、突破創(chuàng)新的計算方式，探索出一條可實現(xiàn)半導體行業(yè)戰(zhàn)略突圍的新型發(fā)展路線，發(fā)展自主可控的芯片技術(shù)，打破海外巨頭企業(yè)的技術(shù)壟斷，變被動為主動，在新世紀大國科技戰(zhàn)中占據(jù)主導地位，成為當下亟待解決的難題。2019年，中國工程院鄔江興院士團隊基于中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出軟件定義晶上系統(tǒng)(Software Defined System on Wafer，SDSoW)，將軟件定義體系結(jié)構(gòu)用于集成電路設(shè)計和應用全流程，融合預制件組裝和晶圓集成創(chuàng)新思想，提出基于預制件的軟件定義晶圓集成系統(tǒng)，形成以應用場景垂直整合、隨閱歷數(shù)據(jù)自我演化的新一代智能集成電路設(shè)計、工藝和應用技術(shù)。

軟件定義晶上系統(tǒng) 助力實現(xiàn)科技強國夢

軟件定義晶上系統(tǒng)基于系統(tǒng)工程理論，著眼“材料、器件、工藝、結(jié)構(gòu)、算法、應用”全流程，融合了集成工藝和體系結(jié)構(gòu)的聯(lián)合創(chuàng)新。在集成工藝層面，變革當前“晶圓-芯片-模組-機匣-機架-子系統(tǒng)-系統(tǒng)”的逐級堆砌、稀疏互連的層層插損式工程技術(shù)路線，提出“芯粒-晶圓拼裝”的異構(gòu)異質(zhì)、超高密度、拼裝集成的無插損式工程技術(shù)路線，全面釋放晶圓互連的高帶寬、低延遲、低功耗增益，并將摩爾定律從芯片維度延伸到系統(tǒng)維度;在體系結(jié)構(gòu)層面，打破現(xiàn)有剛性體系結(jié)構(gòu)，提出軟件定義體系結(jié)構(gòu)，全面顛覆通過層層虛擬來“應用適配結(jié)構(gòu)”的性能衰耗式技術(shù)路線，發(fā)展出軟硬件協(xié)同“結(jié)構(gòu)適應應用”的性能倍增式技術(shù)體系，全面釋放變結(jié)構(gòu)計算的性能、效能乃至智能綜合增益，開辟面向領(lǐng)域的軟硬件協(xié)同計算新范式。

軟件定義晶上系統(tǒng)將集成電路依賴工藝進步的技術(shù)路線升級到結(jié)構(gòu)、工藝、集成等多維協(xié)同的技術(shù)路線，對集成電路的設(shè)計方法、計算范式、集成方式和組裝工藝等進行了顛覆式創(chuàng)新，可帶動集成電路從片上系統(tǒng)(SoC)時代躍遷到晶上系統(tǒng)(SoW)新時代。為大數(shù)據(jù)、云計算、5G等新基建提供全“芯”預制件，全面改變信息基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)物理形態(tài)，使新基建獲得綠色、智能、內(nèi)生安全等新的發(fā)展內(nèi)涵，更新集成電路基線技術(shù)坐標，實現(xiàn)與美國同位乃至錯維競爭，最大化發(fā)揮國內(nèi)在新結(jié)構(gòu)、新計算、新互連、新工藝等方面的技術(shù)優(yōu)勢，充分兼顧國內(nèi)加工、封裝、測試和工具等方面的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，探索出一條微電子創(chuàng)新超越的發(fā)展路線。

筑牢統(tǒng)一戰(zhàn)線 加速技術(shù)轉(zhuǎn)化落地

軟件定義晶上系統(tǒng)技術(shù)是實現(xiàn)我國集成電路突破“卡脖子”技術(shù)，發(fā)展自主可控技術(shù)路線的最優(yōu)選擇。目前，軟件定義晶上系統(tǒng)已得到鄔江興院士、許居衍院士、劉明院士、吳漢明院士、廖湘科院士、余少華院士、孫凝暉院士、陳杰院士、蔣昌俊院士等10余名院士認可與支持，列入《面向2035的信息領(lǐng)域科技發(fā)展戰(zhàn)略研究》，列入國家科技部、軍委科技委等“十四五”科技規(guī)劃，納入之江實驗室、紫金山實驗室、嵩山實驗室、海河實驗室等戰(zhàn)略科技力量支持， 60多家單位參與軟件定義晶上系統(tǒng)研究與開發(fā)工作，涵蓋了集成電路設(shè)計、驗證、工藝、制造、封測等產(chǎn)業(yè)鏈單位。

在此中美大國科技競爭關(guān)鍵之際，團結(jié)現(xiàn)有晶上系統(tǒng)資源力量，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同創(chuàng)新，打通研發(fā)、設(shè)計、制造、驗證、測試、標準、應用等多個環(huán)節(jié)創(chuàng)新發(fā)展，從材料、設(shè)備、設(shè)計、工藝等多角度實現(xiàn)閉環(huán)，是實現(xiàn)我國決勝突圍的關(guān)鍵。建設(shè)軟件定義晶上系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，最大化凝聚技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和金融等磅礴力量，結(jié)成最廣泛的“政產(chǎn)學研用金”統(tǒng)一戰(zhàn)線，圍繞學術(shù)、生產(chǎn)、應用建立生態(tài)圈，建設(shè)行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展平臺， 加快培育“人無我有、人有我優(yōu)”的晶上系統(tǒng)技術(shù)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)體系時不我待。

搭建技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)同平臺 晶上聯(lián)盟呼之欲出

軟件定義晶上系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(SDSoW聯(lián)盟)前身為軟件定義互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟(簡稱SDI聯(lián)盟)，SDI聯(lián)盟是2017年由國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心和天津市濱海新區(qū)信息技術(shù)創(chuàng)新中心牽頭，聯(lián)合國內(nèi)頂尖高等院校、科研院所、企業(yè)和金融機構(gòu)等單位，協(xié)商一致自愿發(fā)起成立的中國首個網(wǎng)信領(lǐng)域全國性行業(yè)組織。截至2022年11月，SDI聯(lián)盟成員單位近300家，覆蓋IP、芯片、板卡、設(shè)備、軟件和應用相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè);SDI聯(lián)盟聯(lián)合行業(yè)頭部科研院所、企業(yè)先后舉辦四屆行業(yè)大會，參會人次達兩千人，組織技術(shù)交流、產(chǎn)品推介活動近30場;落地國家、國防、政府項目10余項，促成成員單位間合作項目40多項，推動申請國家發(fā)明專利150余項，初步形成集研發(fā)、生產(chǎn)、測試、應用于一體的咨詢業(yè)務。

為進一步發(fā)揮聯(lián)盟資源優(yōu)勢，助力集成電路“卡脖子”技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)應用，2022年12月9日，SDI聯(lián)盟召開閉門理事會，會上一致通過將SDI聯(lián)盟更名升級為軟件定義晶上系統(tǒng)(SDSoW)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。聯(lián)盟首席科學家，中國工程院鄔江興院士在會上做《SDSoW的科研布局與愿景展望》報告，鄔院士指出“SDSoW聯(lián)盟是一個開放的聯(lián)盟，首要任務是要傳播技術(shù)優(yōu)勢，吸引技術(shù)優(yōu)勢單位參與進來，進行技術(shù)合作;其次，守正創(chuàng)新，推動軟件定義晶上系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括預制件、軟硬件協(xié)同架構(gòu)設(shè)計、晶圓基板集成設(shè)計、供電散熱設(shè)計等的發(fā)展。同時，在聯(lián)盟發(fā)展過程中還要有破界思維，抓住技術(shù)的第一性原理，不斷的進行技術(shù)迭代優(yōu)化;再次，聯(lián)盟要尋求更高效的合作方式，將效率發(fā)揮到極致，通過高效合作構(gòu)建相關(guān)行業(yè)標準，利于后續(xù)軟件定義晶上系統(tǒng)方向的發(fā)展。最后，聯(lián)盟還需要考慮產(chǎn)品應用的推廣，因為要在當前形勢下，對卡脖子痛點領(lǐng)域進行突破，必須考慮該類領(lǐng)域的產(chǎn)品研制和應用推廣，促進SDSoW產(chǎn)業(yè)生態(tài)進入良性循環(huán)。”

SDSoW聯(lián)盟由清華大學任聯(lián)盟理事長單位，天津市濱海新區(qū)信息技術(shù)創(chuàng)新中心、信通院、中科院計算技術(shù)研究所、中電科電子科學研究院、大唐電信等作為聯(lián)盟副理事長單位，秘書處設(shè)于天津市濱海新區(qū)信息技術(shù)創(chuàng)新中心。

乘風破浪 攜手共建晶上系統(tǒng)“芯”時代

SDSoW聯(lián)盟是目前我國晶上系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域成立的唯一一個全國性組織，標志著我國晶上系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁入高速發(fā)展期，形成產(chǎn)學研用立體化交叉覆蓋的資源矩陣，為加快培育我國晶上系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系奠定了堅實基礎(chǔ)。

SDSoW聯(lián)盟將以打造晶上系統(tǒng)領(lǐng)域的戰(zhàn)略智庫、學術(shù)高地、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為宗旨，圍繞學術(shù)、生產(chǎn)、應用建設(shè)行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展平臺，堅持科技引領(lǐng)發(fā)展原則，圍繞新型舉國體制建設(shè)，打造晶上系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。聯(lián)盟理事長、國際歐亞科學院院士、清華大學魏少軍教授指出“軟件定義互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟正式更名為軟件定義晶上系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，意味著聯(lián)盟有了更為清晰宏遠的發(fā)展目標，為聯(lián)盟的發(fā)展開啟了新篇章。未來聯(lián)盟的發(fā)展，更要做好各層面、各環(huán)節(jié)、各方向的統(tǒng)一，從思想落實、責任落實、措施落實到工作落實，發(fā)揮產(chǎn)學研用既有優(yōu)勢資源，匯聚成員合力，共同打造晶上系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。”

著眼未來，晶上聯(lián)盟將加快凝聚產(chǎn)業(yè)生態(tài)磅礴合力，締結(jié)廣泛“政產(chǎn)學研用金測”統(tǒng)一戰(zhàn)線，全面推動“一網(wǎng)、一庫、一書、一平臺、一大會”業(yè)務體系建設(shè)，發(fā)揮聯(lián)盟成員技術(shù)優(yōu)勢，團結(jié)成員單位發(fā)展合力，著力提升晶上系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)影響力，集智創(chuàng)造科技興國強“芯”時代，助力實現(xiàn)科技強國偉大使命。