1 引言
集成电路技术的重要性源于其对于现代社会经济发展的基础性作用和国家安全的重要保障. 它不仅在能源安全与碳中和方面发挥着关键作用, 同时也是智能机器人和数字中国建设的重要基础. 集成电路技术的快速发展, 对于提升国家战略竞争力和国际地位具有重要意义. 在能源安全与碳中和背景下, 集成电路可以助力清洁能源产生电力, 支持电网智能化控制和能源优化管理, 为新能源的接入和高效利用提供技术保障. 在应对人口老龄化方面, 集成电路在智能机器人领域具有广泛的应用前景. 集成电路可以实现机器人的感知和运动等功能, 提升机器人的智能水平, 提高机器人的精度和效率, 进而提高生产和服务效率. 在建设数字中国方面, 集成电路是数字基础设施的重要技术基础. 数字中国建设是国家信息化和数字化发展的重要战略. 数字基础设施是数字中国建设的“新基建", 包括云计算、大数据、物联网、人工智能等领域. 集成电路可以实现数据的高速处理和传输、信息安全和隐私保护等功能, 为数字基础设施的建设提供强有力的技术支持.
除此之外, 集成电路技术还是国家战略竞争力的重要标志和大国科技博弈的重要领域. 在现代科技竞争中, 集成电路技术已经成为衡量一个国家科技水平的重要指标之一. 同时, 由于集成电路技术在军事、安全等领域的应用, 它也成为大国科技博弈的关键领域. 在过去数十年间, 集成电路的发展一直遵循摩尔定律快速演进, 以美国为首的西方国家主导了国际主流芯片体系, 导致他们可以通过一系列“卡脖子"的集成电路技术, 对我国进行打压. 然而, 随着集成电路的工艺发展到3 nm, 电路工艺节点已经接近器件的物理极限, 摩尔定律终将失效. 在“后摩尔时代", 结合经济发展与国家安全需求, 体系化地发展具备创新特色、开放可控、技术领先的集成电路技术, 对我国既是挑战也是宝贵机遇.
集成电路科技的创新链条极长, 具有高速动态、体系化发展的特点. 作为一个高度交叉的学科, 集成电路科技的创新需要从器件工艺、设计方法与工具、芯片架构直到顶层应用和产业转化等多个层次协同发展.
在器件工艺部分, 我国虽然可以通过深紫外光刻技术达到28 nm工艺, 甚至通过多重曝光技术实现7 nm工艺, 但与国际前沿技术相比尚存在较大差距.
在设计方法与工具部分, 随着工艺微缩和新型体系结构的涌现, 传统电子设计自动化(electronic design automation, EDA)技术面临设计验证周期长、优化效率低、国产化率低等挑战.
在芯片架构部分, 面向人工智能等新兴领域, 采用存算一体、模拟计算、数字化模拟射频电路、芯粒集成等新途径有望突破芯片光刻面积的极限和工艺制约, 为算力突破开创新途径.
当前, 国际创新格局正在进行深刻重构, 暴露了过去我国集成电路领域科技主要基于以美国为首的西方国家主导的国际主流体系、自身未能实现体系化创新演进的问题. 迫切需要结合国情现状需求和国际科技创新趋势, 加快推动基础研究和应用基础研究的突破, 实现国产芯片科技的高速创新演进, 构建具有国际竞争力的体系化创新优势. 为了解决上述问题, 需要在国家层面进行顶层设计, 加大对未来集成电路技术基础理论和关键应用等方面的支持. 加强学术界、产业界深度合作, 建立具有“工艺–器件–电路–架构–工具–系统"完整产业链条的基础科学中心和协同创新平台, 联合攻关共性关键技术.
在此背景下, 2023年9月25∼∼26日, 国家自然科学基金委员会信息科学部主办了主题为“集成电路未来发展及关键问题"的第347期双清论坛(青年), 来自全国高校、科研院所的30余位青年专家学者应邀参加了此次论坛. 讨论了集成电路发展的国内外现状, 分析和初步凝炼了集成电路发展领域的重大科学问题, 并建议了重点支持方向.
集成电路技术的重要性源于其对于现代社会经济发展的基础性作用和国家安全的重要保障. 它不仅在能源安全与碳中和方面发挥着关键作用, 同时也是智能机器人和数字中国建设的重要基础. 集成电路技术的快速发展, 对于提升国家战略竞争力和国际地位具有重要意义. 在能源安全与碳中和背景下, 集成电路可以助力清洁能源产生电力, 支持电网智能化控制和能源优化管理, 为新能源的接入和高效利用提供技术保障. 在应对人口老龄化方面, 集成电路在智能机器人领域具有广泛的应用前景. 集成电路可以实现机器人的感知和运动等功能, 提升机器人的智能水平, 提高机器人的精度和效率, 进而提高生产和服务效率. 在建设数字中国方面, 集成电路是数字基础设施的重要技术基础. 数字中国建设是国家信息化和数字化发展的重要战略. 数字基础设施是数字中国建设的“新基建", 包括云计算、大数据、物联网、人工智能等领域. 集成电路可以实现数据的高速处理和传输、信息安全和隐私保护等功能, 为数字基础设施的建设提供强有力的技术支持.
除此之外, 集成电路技术还是国家战略竞争力的重要标志和大国科技博弈的重要领域. 在现代科技竞争中, 集成电路技术已经成为衡量一个国家科技水平的重要指标之一. 同时, 由于集成电路技术在军事、安全等领域的应用, 它也成为大国科技博弈的关键领域. 在过去数十年间, 集成电路的发展一直遵循摩尔定律快速演进, 以美国为首的西方国家主导了国际主流芯片体系, 导致他们可以通过一系列“卡脖子"的集成电路技术, 对我国进行打压. 然而, 随着集成电路的工艺发展到3 nm, 电路工艺节点已经接近器件的物理极限, 摩尔定律终将失效. 在“后摩尔时代", 结合经济发展与国家安全需求, 体系化地发展具备创新特色、开放可控、技术领先的集成电路技术, 对我国既是挑战也是宝贵机遇.
集成电路科技的创新链条极长, 具有高速动态、体系化发展的特点. 作为一个高度交叉的学科, 集成电路科技的创新需要从器件工艺、设计方法与工具、芯片架构直到顶层应用和产业转化等多个层次协同发展.
在器件工艺部分, 我国虽然可以通过深紫外光刻技术达到28 nm工艺, 甚至通过多重曝光技术实现7 nm工艺, 但与国际前沿技术相比尚存在较大差距.
在设计方法与工具部分, 随着工艺微缩和新型体系结构的涌现, 传统电子设计自动化(electronic design automation, EDA)技术面临设计验证周期长、优化效率低、国产化率低等挑战.
在芯片架构部分, 面向人工智能等新兴领域, 采用存算一体、模拟计算、数字化模拟射频电路、芯粒集成等新途径有望突破芯片光刻面积的极限和工艺制约, 为算力突破开创新途径.
当前, 国际创新格局正在进行深刻重构, 暴露了过去我国集成电路领域科技主要基于以美国为首的西方国家主导的国际主流体系、自身未能实现体系化创新演进的问题. 迫切需要结合国情现状需求和国际科技创新趋势, 加快推动基础研究和应用基础研究的突破, 实现国产芯片科技的高速创新演进, 构建具有国际竞争力的体系化创新优势. 为了解决上述问题, 需要在国家层面进行顶层设计, 加大对未来集成电路技术基础理论和关键应用等方面的支持. 加强学术界、产业界深度合作, 建立具有“工艺–器件–电路–架构–工具–系统"完整产业链条的基础科学中心和协同创新平台, 联合攻关共性关键技术.
在此背景下, 2023年9月25∼∼26日, 国家自然科学基金委员会信息科学部主办了主题为“集成电路未来发展及关键问题"的第347期双清论坛(青年), 来自全国高校、科研院所的30余位青年专家学者应邀参加了此次论坛. 讨论了集成电路发展的国内外现状, 分析和初步凝炼了集成电路发展领域的重大科学问题, 并建议了重点支持方向.