常常听人说做IC没前途了，IC产业已是日薄西山了。最近又听到了类似的言论，说还是做软件有前途，所以我就想发篇日志探讨一下这个问题。
首先我想说的是将一个只有50岁出头的产业说成是夕阳产业，这种说法本就是极其武断、不负责任和没有远见的。IC产业是一个极其庞大的产业，也是人类有史以来增速最快的产业之一。正是因为IC的发展才孕育了如今的信息时代。但有人会说了，这些都是IC的过去了，那IC是否有未来呢？答案当然是肯定的。
有人把数字IC的频率做不上去了，只有往并行处理发展做为IC产业走向尽头的依据。这是多么可笑的逻辑！并行处理正是数字IC能持续发展的主要理由之一！诚然由于功耗密度的限制，人们不得不转向并行处理，但无法找到一个根本性的理由说这种方法不能一直做下去。熟悉IC的人都知道著名的Moore‘s Law，这是一条经验定律，或者说经济定律。说个题外话吧，我觉得这条定律充分体现了Moore的“忽悠”本领。理由是这样的：（以下一段是撰写此文时的突发奇想，没想到一写就写多了，呵呵～）
1958年，TI的Jack Kilby想到了将器件都放在一块“板子”上，这样电路的尺寸就可以变小了。仙童公司有两位“大忽悠 ” Gordon Moore和Robert Noyce看到这个概念觉得挺不错、挺新鲜，就想为仙童公司也造这样的东西，又但怕别人说他们抄TI的，看到Jack用锗，那我们就用硅（“Noyce运气比较好”，其实就迁移率来说，锗的性能比硅好，只不过硅能形成天然的良好的绝缘层），就用硅做了一个平面集成电路，发了篇文章（整个过程中，Moore没做什么，所以后来也没提到他在这个project中的工作了）----至此这两个人对于集成电路的贡献就终结了，但这两个人“忽悠”的本事将来还会大放异彩！ 后来他们看到MOS管这个东西不错啊，不像Bipolar，没有输入电流，照样输出电流，这样功耗肯定会减小不少。但他们发现我们不懂MOS管啊，怎么办呢？就找来了第一个提出MOS管I-V方程的神人----萨支唐（一个多年来被全球学集成电路的geek遗忘的神，为什么？因为他是中国人，中国人的贡献总被西方人用各种方法埋没掉。btw，萨氏家族牛人无数）。然后对小萨说：小萨啊，我们想用MOS管造集成电路啊，可我们不懂MOS管啊，要不你帮我们开发一下吧，钱不愁，人不愁，给你64个人，怎么样？来吧！小萨这人忒老实了，心想：哇，既然两位前辈这么看重我，钱也多，人也够，就从了他们吧。于是，萨支唐带着这个64人的队伍开发了全球第一代CMOS制程，从此仙童在集成电路界名声大造。可是萨支唐这个人太强了，两个“大忽悠”心想：这个人太强，得赶紧把他赶走。1964年，萨支唐在他们的威逼利诱下，不得不离开仙童，回到自己的母校UIUC教书去了。时光荏苒，到了1965年，还在仙童的Moore发现这帮孩子不错，每两年可以把芯片的集成度提高一倍，就在想，我要是开个公司，怎么让新人做的跟这些仙童的家伙做的一样好呢？得订一条规矩，让他们能心甘情愿的加倍努力的工作。然后又想了，仙童现在是全世界做集成电路最牛B的，我这仙童第一牛人要开的公司至少要跟仙童一样吧。于是就猥琐的在Electronics Magzine上发了一篇未来轰动世界的文章“Cramming more components onto Integrated Circuits”，在这篇文章中隐晦的提出了未来公司的员工的工作进度安排表。结果这么一个小小的居心，竟然被Robert Noyce这位“神”一般的人物看破了，就找Gordon谈，Gordon一听，自觉：哇，竟然他跟我一样聪明啊，好吧，那你跟我一起开个公司吧。这个公司叫什么名字呢，Gordon又一想，我们这全球两大最有“智慧”的人开的公司该叫什么名字呢？就叫Intelligence吧，后来又转念一想，这样太明显了，算了，取前5个字母吧。1968年，大名鼎鼎的Intel诞生了，并“忽悠”一帮牛人进入了Intel。在Intel，Gordon一直强调，每两年你们一定要给我把集成度提高一倍。就这样过了两年，Intel的员工开始对Gordon的这一套有所反感：压力也忒大了，你看别的公司都没这样干的，就你个猥琐男要我们这么干。于是，纷纷有员工离开Intel。Gordon发现：这样不行啊，这些笨蛋都不认同我的理念，不按照进度走，这样可不行，要是Intel垮了，要我这天下第一智者何以立足？我一定要找个德高望众的人赞同我的理念，让员工们都安心。左找右找，终于找到一个人----Richard Feynman（传奇物理学家，于1959年提出了纳米技术的概念，奠定了理论基础。我心目中有史以来真正的天下第一智者），可是Feynman这人岂是轻易上当的，拒绝了他。Gordon没办法，只好找到了Feynman在加州理工的同事Carver Mead（另一神级人物，神经芯片的创始人），Carver这人是个纯科学家，人很nice，就同意了。就这样，在1970年，通过Carver之口，Gordon Moore终于将Intel的员工工作进度表打上了Moore‘s Law的烙印！几年之后，为了超越其他公司，Gorgon找了一个替罪羊----David House，将两年的进度表缩短到18个月，至此，Moore’s Law的最终形式得以成型！
好吧，现在回到正题。在Moore定律的强逼下，人们不断缩小晶体管尺寸，但人们发现这样会导致一个问题：功耗密度达到了不可容忍的程度，而且leakage power越来越明显（互连线功耗也是一个问题）。就在此时，另一个中国人站了出来----胡正明（Chengming Hu）。胡正明于1999年发明了FinFET，于2000年发明了FD-SOI，使得scaling能继续做下去，而胡正明真正伟大的地方在于对于这两项技术，他都没有申请专利！btw，其实FinFET的key point在于ultra-thin-body（和FD-SOI一样），而不是媒体鼓吹的什么3D结构，只有Intel的“大忽悠们”才拿3D结构出来误导群众，以为3D结构有多他妈了不起（但胡正明自己也说将FinFET做到集成电路上有很多很多细节问题，这些是他做不了的，只有像Intel，IBM这些公司才能做），3D结构本就不是什么新鲜事，记得看过一篇日本人80年代（哪一年忘了）发的文章中就提出了3D结构的MOS管，其结构也和如今的FinFET差不多，只不过当时没有ultra-thin-body的概念，也造不出来。但是，就算使用FinFET，也会有终结的一天，怎么办？人们也提出了很多解决方案----量子计算、自旋电子学、单电子晶体管等等，而且在今年年初，在新南威尔士、普渡大学、墨尔本大学的科学家的共同努力下，已经制造出了单原子晶体管（磷），其尺度只有0.1nm（ 见 http://www.scientificcomputing.com/news-DS-Single-atom-Transistor-is-End-of-Moores-Law-022912.aspx），如今我们用的是22nm制程（假设栅长也是22nm），那么我们按照每两年晶体管尺寸按0.7减小算，我们离0.1nm还有30年的路要走。可见，对于IC产业，远没有结束，何况30年，能发生太多太多的事情，我们现在用硅，也许用石墨烯的话，或是另外一番局面。
话说回来，数字IC确实不好做。如今的数字IC确实已经做烂了，对于MOS管，就CS，CD，CG三种电路结构，拼过来拼过去也就那个样子，况且数字电路主要也就用个反相器。大公司手上有无数的IP核，他不用他也在那放着，你想了好久想了一个ideal，做出来，突然发现别人已经有专利了，多郁闷！数字IC现在拼的就是工艺、架构，但做这两个方面是非常烧钱的，想自己开公司、出产品的确非常难！所以ISSCC上的数字电路，基本也就出自Intel，Samsung，IBM，KAIST这些地方，别的研究机构很少做出高质量的东西。单从数字IC看，从研究看，我承认确实不如软件好做；但数字IC的需求量大、公司也多，从找工作看，我不认为做数字IC的要比做软件的难找。信息时代，IC是骨骼，软件是血肉，缺一不可，没有IC，什么宽带网、云计算都是“浮云”。
然而，器件、数字IC并不是IC产业的全部。这个世界上本就没有数字信号。Analog is everywhere. Paul Grey提出过一个鸡蛋壳模型，鸡蛋里面是digital，外面是analog，蛋壳是interface，digital越大，interface也就越大，因而提出最重要的地方在interface上，最困难的工作也是在interface上。早在80年代，一些人认为模拟电路终有一天会被数字电路所取代，但是模拟信号为人类可接受的唯一的一种信号形式，数字信号最终还是要转换为模拟信号，所以到今天，模拟电路也是不可或缺的，可以想见，这种趋势将持续下去。另外模拟电路的创新空间要比数字电路大得多，最然也是三种基本电路结构，但是同一种功能，加个晶体管、减个晶体管，就完全是另外一个故事了。现在的模拟电路，牛X的也就用65nm、45nm的，特别牛X的也就看到Intel用32nm去做ADC、amplifier，所以模拟电路的scaling还有更长更长的路要走。Thanks to Asad Abidi，1993年我们终于能在IC上集成电感了，射频IC爆发了！对于这个20岁不到的产业，其未来是无线光明的，对于射频IC我们还有太多太多的路要走，很多东西都尚不成熟，甚至像无线传电这种从Tesla就开始搞起的东西到现在也只是出于萌芽阶段。再还有MEMS，那更是新兴产业了。
IC不仅仅是IC。IC也仅仅是人造产物。说实话，IC还只是出于很幼稚的阶段，现在的IC还是效率太低了。我们从生命科学上还有很多可借鉴的东西。正如佐治亚理工的James Meindl教授在ISSCC 2010年大会上说的我们的人脑相当于1T个晶体管，却只有20W的功耗；而我们的IC只有1Billion晶体管，却需要200W的功耗。虽然我觉得这个比较好想有点不靠谱，难道人脑也工作在2GHz的频率上？但这一比较却也体现了电子学还有很多可以从生命科学上借鉴的东西。我坚信，Bio-inspired electronics将为人类的未来开拓一片崭新的天地！往近点说，高通在Berkeley新成立了一个SWARM Lab，这是IC领域的又一生力军！http://swarmlab.eecs.berkeley.edu/
最后，我想对那些说IC产业是夕阳产业的人说一句：也许IC产业真的会有终结的那一天，但是，在你升天之前你是看不到了！
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发表于 2012-4-14 06:24:11
发表于 2012-4-14 08:28:16
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