马佐平:集成电路科技简介及在中国的发展
2011年09月21日

        各位领导、各位嘉宾,大家好!今天感到非常荣幸,也非常高兴,能够在中国科协年会这么盛大的场合跟各位简单的介绍一下集成电路及在中国的发展。

        我尤其高兴能够回到天津来跟各位讨论,因为我在1995年的时候回到天津,当时获聘为天津大学名誉教授,从那年以后,对天津就深深有了感情,结果有空就回天津。所以这次是非常高兴能够再来天津。

        我跟各位想共享我的一个观点,就是我们现在是在硅器时代,从历史上来看,我们哪一种器件对我们生活方式影响最大就把它归纳成那个时代,比如说石器时代、铜器时代、铁器时代,用这种衡量标准,我认为我们现在是在硅器时代,因为硅器对我们生活的影响肯定超过,至少跟以前石器、铁器、铜器的影响是相当的。

        我们硅器时代应该是从20世纪才开始,如果是年轻的科技工作者或者是学生在问说,将来进入什么领域,我认为进入有关硅器的领域,电子非常好。

        在多数发达国家电子是最大的产业,并且是最迅速发展的产业。现在我们看看这些数据,在不久以前,汽车工业是所有产业里面最大的,但是电子工业已经在多年以前超过汽车工业了。集成电路IC已经在几年前超过钢铁工业,而且它的成长率更快。电子产业占了世界GDP超过一半,所以电子信息产业是非常重要的产业。

         电子产业的基础是半导体科技。一个突破是在1948年,晶体管发明了,在贝尔实验室,这三个人Bardeen、brattan、shockley,在实验室做的是这两位,Bardeen、brattan,但是Shockley是老板,他们传给Shockley,说我们证明了晶体管可以工作,Shockley马上回电,你们不要告诉任何人,我就回来。回来以后就召开了盛大的记者招待会,各大报、电台都来了,Shockley就坐在实验发明的前面,他们两个人站在后面。这一张照片是非常有名的(图),他们发明了晶体管,后来诺贝尔奖的发明者是三个人。

        回想起在1950年的时候,第一部真空管电子计算机,这完全是电子的,以前很多都是机械的,用手摇的。但是这个电子是一个大突破,电子计算机,里面有3000多个闸门,都是用真空管做出来的,当时美国的国防部主要是为了计算弹道的精确性而委托研究部门来发展。那时候计算是非常快的,但是平均每10分钟就要停机一次,大概有一个真空管坏掉,这些工作人员拼命找是什么地方坏了。现在都是几十亿的晶体管在里面,所以这是不可能的,如果没有很好的一直往前改进的话。

        第一个IC,就是十几年以后,这个是Jack  Kilby(图)把几个晶体管、电容、电铸连在一起,起了一个名字。后来在他的专利里讲到以后会怎么样,实际上他做出来的是非常粗糙的。在同年,1959年,Robert  Noyce,他是英特尔的一个创始人,他的发明,要讲IC的始祖研究应该是Robert,而不是Jack  Kilby,但是Jack  Kilby得到了诺贝尔奖,Robert Noyce没有得到,各位猜猜为什么,因为死掉了,发诺贝尔奖的时候过世了,诺贝尔奖规定是不发给死人的。所以在座有几位诺贝尔奖,可以看到他们的共同点,都是不同领域,共同点是大家都非常健康,所以年轻人想得诺贝尔奖的,身体一定要好。

       再过十几年,第一个1000位元的DRAM出来了,英特尔那时候是搞DRAM出身的。各位注意一下,那时候一千位元的DRAM21块。几年以后,一万六千位元得出来了,3块,后来六万四千位元出来了47块,六万四千位元有一个很重要的关键点,英特尔已经作出六万四千位元的时候,说他们遥遥领先,但是他们有一个非常聪明的工程师,也是学物理的,他那时候发表了一篇文章,说六万四千位元是极限,下不去了,他们发现有一个现象,六万四千位元不稳定,后来他们发现是由他们在外面用很贵的金属包装,里面有一些重金属,重金属有放射性,会把1变0。日本人那时候没有看到文章,也搞不清楚他说的这是什么东西,所以就继续往下,他说我们也没有看到你这个问题,原来日本人是用很便宜的塑胶包装,根本没有重金属在里面,没有那个现象,后来日本就变成DRAM的领先者。但是反而好,英特尔专心做MHz以后,它的利润非常高,而且竞争对手少,所以它一直是称霸半导体界,做DRAM的就非常头痛,有一个周期性,有时候DRAM大赔,有时候大赚。英特尔做了一个很好的决定,但是它的原因并不是正确的。

        这是英特尔改造微处理器,到NMOS,开始应用比较多了,8位的,到16位处理器的时候,英特尔的8088,这是一个历史性上重要的时刻,那时候IBM的第一个PC用的是这个,个人电脑从这以后就开始发展非常快。再有,年纪比较大一点的大概都用过286、386、486,就是英特尔80286,那时候10个MB都很快,过了10年,386、486,再来就是奔腾,那时候66MHz,奔腾Pro,200和MHz,奔腾2、奔腾3、奔腾4,那时候已经超过1个GH2,这是美国历史上一个重要里程碑。

        半导体产业的进展,过去50年内是遵循着Moors定律,芯片上器件的数量,尤其是晶体管的数量,每三年增加4倍,因此而来的速度、费用、可靠性等等,都会指数型的增加。

        现在我们的技术可以达到一个圆珠笔的笔尖上放1万个晶体管。我们用动态存取来打个比方的话,在64000位元,记不记得英特尔工程师不是说这个事情不行吗,到这里为止,英特尔就转了,日本人就带上了,动态存取记忆芯片的容量,到2010年已经可以存大英百科全书,4GB。

        DRAM每万位元能卖多少钱,现在一分钱可以买一个256mb,现在在美国10分才买到一个泡泡糖。一位台湾的教授发明π定律,说每一代的DRAM价格都会在三年之后降至1.5美元,为什么叫π定律呢?其实可以说叫3块钱定律,因为听起来太没有学问了。π定律对摩尔定律非常重要,因为每个中心都希望抢先出来,因为摩尔定律大家都知道了,最先出来你卖25块就赚多少倍,但是过了一年以后,你也许可以卖6、7块,成本3块,你还是可以赚个一倍,再过一年,就打平了,成本3块,卖3块,再过一年,第三年的时候你再做,成本3块,你只能卖1.5元,所以大家一定要抢先,一抢先,摩尔定律就保持住了。

        可能各位会问为什么,你已经知道不赚钱了,第三年我明明知道我只能收1.5元,我要3块去做,根本不够。比如你现在要建一个厂大概要30亿—40亿美金,这个厂5年以后的价值几乎等于零,因为5年以后跟不上了,新换代两代了,所以你的价值就是零,这样算的话,每年固定的成本就是要6个亿。不管你生不生产,你的成本就是6个亿,你生产,加上工程师的费用,加上其它材料费用,最多几千万,所以你的成本至少6亿,如果你不去生产,可能你要赔6亿,你生产也许只赔3亿,所以拼着命也要去生产。这是π定律和摩尔定律相互作用。

        当前中国IC市场有三个特点:一是市场规模世界第一,二是增长速度世界第一,三是IC外贸逆差国内第一。
我认为中国IC产业的契机是相变存储器(PCM),这是全新的惟一可量产的存储器,与闪存存储器相比,PCM较快速,可靠性高,体积小,且较省电。

        未来十年,PCM将取代闪存的一大部分,年产值将超过500亿美元。中国没有传统存储器的包袱,国际半导体大厂商,不会轻易采用新技术取代原有的技术,而相变存储器能给中国IC产业新的契机,是中国成果世界IC王国。

       因为我的发言的时间已经到了,如果各位有兴趣,可以私下讨论。谢谢。