1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律：当价格不变时，集成电路可容纳的元器件数目每隔18-24个月增加一倍，性能也将提升一倍。
然而近年来，集成电路的性能提升速度明显下降，摩尔定律面临失效，预示着后摩尔时代已经来临。由于影响重大，后摩尔时代已经引起了政府部门的重视：在2021年5月14日召开的国家科技体制改革和创新体系建设领导小组第十八次会议上，中共中央政治局委员、国务院副总理、国家科技体制改革和创新体系建设领导小组组长刘鹤主持讨论了面向后摩尔时代的集成电路潜在颠覆性技术。
后摩尔时代，如果打破摩尔定律失效的魔咒？芯片行业创新房展将何去何从？在6月9日召开的2021世界半导体大会暨南京国际半导体博览会上，诸多院士、专家为后摩尔时代的创新出谋划策。
中科院院士毛军：异质集成电路是超越摩尔定律的重要路线之一
中国科学院院士，上海交通大学党委常委、副校长毛军发发表了题为“半导体异质集成电路”的报告，他认为，摩尔定律正面临严峻挑战，异质集成电路是超越摩尔定律的重要路线之一。
毛军表示，目前芯片行业有两条发展路线：一是延续摩尔定律（More Morre），二是绕道摩尔定律（More than Moore）。前者面临一些挑战，如物理极限挑战、技术手段挑战、经济成本挑战等，后者则有很多途径，其中就包括异质集成电路。
谈到异质集成电路的技术背景，毛军表示，目前有两类主要的半导体集成电路：一是以硅为代表的元素半导体，二是以生化钾等为代表的化合物半导体。某些复杂的电子系统难以通过单一的半导体工艺来实现，需要在不同节点采用不同的半导体材料工艺，异质集成电路由此产生。
所谓的半导体异质集成电路，就是将不同工艺节点的化合物半导体高性能器件或芯片、硅基低成本高集成器件成芯片（都含光电子器件或芯片），与无源元件或天线，通过异质键合成或外延生长等方式集成而实现的集成电路或系统。
毛军认为，异质集成电路特色突出：一是可以融合不同半导体材料、工艺、结构、元器件或芯片的优点；二是采用系统设计理念；三是应用先进技术，如IP和小芯片（Chiplet）、集成无源器件等新技术；四是具有2.5D或3D高密度结构。
正因为如此，其优势也非常突出：一是实现强大的复杂功能，具有优异的综合性能，可突破单一半导体工艺的性能极限；二是灵活性大、可靠性高、研发周期短、成本低；三是小型化、轻质化；四是对半导体设备要求相对较低，不受EUV光刻机限制。
“诸多优点决定了异质集成电路是电子系统集成技术发展的新途径，是后摩尔时代集成电路发展新方向，也将是我国半导体集成电路变道超车新机遇。”毛军表示。
工程院院士吴汉明：摩尔定律失效对于追赶者是个机会
中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明在题为“后摩尔时代的芯片挑战和机遇”的演讲中表示，高性能计算、移动计算、自主感知是后摩尔时代三个主要驱动方向，业界需要围绕性能、功率、面积、成本进行创新。
吴汉明表示，2002年以前全球芯片每年性能提升52%左右，到2010年为23%，2010年为12%，最近几年差不多每年提升3%，随着发展速度不断下降，摩尔定律开始失效。
如今，芯片制造工艺正面临三大挑战，也蕴涵着三大创新方向。第一，基础挑战：精密图形。以光刻机为主要装备的工艺目前用193纳米波长形成20纳米、30纳米的图形，在物理原理上面临很大挑战。第二，核心挑战：新材料。芯片发展至今，紧靠尺寸缩小带来的性能提升非常有限，新材料成为重要突破方向，例如硅、铜等将32纳米性能提升70%。因此，新材料、新工艺是集成电路芯片制造的主旋律。第三，终级挑战：提升良率。工艺无论多么先进，良率如果太低就不算成功，因此提高良率也是重要方向。
“高性能计算、移动计算、自主感知是后摩尔时代三个主要驱动方向，业界可以围绕性能、功率、面积、成本进行创新。”吴汉明指出了后摩尔时代芯片发展趋势的驱动方向。
吴汉明认为，后摩尔时代有四类技术方向：“硅-冯”范式，通过改变结构形成新型器件，使得摩尔定律能够继续，瓶颈在于功耗和速度；类硅模式，通过TFET等延续摩尔定律；类脑模式，通过3D封装模拟神经元特性，具有存算一体、并行、低功耗等特点，是人工智能的主要途径；新兴范式，通过改变状态、采用新器件和新兴架构实现集成电路创新。
从产业角度来看，吴汉明表示，摩尔定律失效对于追赶者而言是个机会。事实上，在先进工艺创新难以为继时，厂商可以通过系统性能提升，在已有成熟工艺的基础上做出更多创新，提升芯片性能。
AMD潘晓明：制程进步并非提升芯片性能的唯一途径
AMD高级副总裁、大中华区总裁潘晓明表示，在半导体发展历程中，摩尔定律发挥了关键作用，一直以来摩尔定律都带来了性能的显著提升，但现在增速在减缓，平均每3年密度才增加1倍，每3.6年能效增长1倍。随着摩尔定律失效，产业步入新的发展节点，面临新的挑战。
破局之路何在？潘晓明认为，芯片性能的提升不能仅依赖于制程进步，而是需要探讨更多其他方面的创新，以进一步提升性能和算力。
在潘晓明看来，随着半导体产业的演进，制程工艺的进步只是性能提升的一部分因素，设计创新、架构优化、平台优化等都是提升性能的有效方式。他表示，在过去业界认为芯片性能的提升中，制程技术演进的贡献占比为60%，而现在这一比例降低到40%；与此同时，平台优化和设计优化变得更为重要，占比分别为20%和40%，它们涵盖了处理器、微架构、模块之间如何连接，以及硬件和软件系统优化等。
