世界基礎領域2021年度十大進展
發布時間：2022-02-21 12:43:25
2021年，大國對抗更加激烈，印太地區成為大國交鋒的焦點，該區域軍事行動、演習試驗的強度和頻次達到新高，信息系統裝備技術在其中發揮的作用突顯
2021年，大國對抗更加激烈，印太地區成為大國交鋒的焦點，該區域軍事行動、演習試驗的強度和頻次達到新高，信息系統裝備技術在其中發揮的作用突顯；中美科技博弈升級演進，5G、先進計算、集成電路等基礎和前沿技術成為科技戰的最前沿領域；疫情在部分國家持續肆虐，對全球產業鏈、供應鏈帶來“斷鏈”沖擊，動搖了全球化供應鏈體系的根基。在此背景下，軍事電子領域戰略規劃、作戰概念、裝備技術等各方面發展呈現出更加鮮明的數字化、網絡化、智能化趨勢；同時，各國強化對電子信息領域的科技力量部署，人工智能、量子等前沿技術持續深入發展，若干前沿科技領域出現重大突破。
中國電科戰略情報研究團隊梳理總結了世界軍事電子領域，及其指揮控制、情報偵察、預警探測、通信與網絡、定位導航授時、網絡空間安全、電磁戰、基礎領域、前沿技術9個分領域年度十大進展，本篇為該系列第9篇。
一、IBM公司發布世界首個2納米芯片制造工藝
5月，IBM公司發布世界首個2納米芯片制造工藝。該工藝采用三層全環柵結構，解決了鰭式場效應晶體管結構存在的漏電與靜電控制問題；內部間隔采用第二代干法設計，有助于實現精確柵控；加入底介質電隔離通道，減少了電流泄漏和芯片功耗，并首次將極紫外線光刻技術擴展至前道工序，進一步簡化制造步驟。該芯片每平方毫米可集成3.33億個晶體管，相比7納米芯片，同功率下性能提升45%，功耗減少75%，是迄今為止集成度最高、功能最強大的芯片。
二、DARPA召開第四屆“電子復興計劃”峰會
10月，美國防高級研究計劃局（DARPA）線上召開了第四屆“電子復興計劃”峰會，總結了“電子復興計劃”的緣起、意義、作用、影響以及目前取得成績，并對未來“電子復興計劃2.0”進行了展望。此次參會的不僅有微系統技術辦公室的項目經理，還有DARPA其他部門的項目經理，體現出峰會研討內容跨領域融合趨勢。從目前披露信息來看，“電子復興計劃”基本超過其設計目標，美國已取得后摩爾時代微電子關鍵技術的重大突破，在技術層面獲得了穩定的支撐點，后續將快速進入實用化階段。
三、美國半導體行業協會發布《半導體十年計劃》報告
1月，美國半導體行業協會發布《半導體十年計劃》報告。該報告由學術界、政府、工業界領導者共同制定，提出了信息和通信技術正面臨著五大重大變革，為確保半導體、信息通信技術產業的可持續增長，需要從信息處理、傳感、通信、存儲和安全五個方面開展研究。該計劃的主要目標包括：認清推動信息和通信技術發展的重要趨勢和應用，以及相關的障礙和挑戰；定量評估將影響未來信通技術的五大巨變的潛力和狀況；確定改變半導體技術當前發展軌跡的基本目標和指標。該計劃呼吁聯邦政府每年投入34億美元研發資金，以應對巨大變革，為人工智能、量子計算、高級無線通信等新興技術鋪平道路。
四、歐盟多舉措激勵半導體發展
2020年12月，歐盟18個成員國簽署《歐洲處理器和半導體科技計劃聯合聲明》，計劃在未來兩三年內投入1450億歐元，強化歐盟半導體生態系統和供應鏈；2021年3月，歐盟發布了《2030年數字指南針：歐洲十年數字化之路》，提出到2030年，歐洲先進和可持續半導體的生產總值至少占全球生產總值的20%，生產能力沖刺2nm；2021年9月，歐盟宣布將設立新的《歐洲芯片法案》，目的是整合歐盟的半導體研究、設計和測試能力，打造最先進的歐洲芯片生態系統。系列舉措表明，在全球競爭大環境、產業發展受挫和自主可控能力不足的形勢下，面對美國、日韓和中國紛紛強化半導體制造能力的情勢，歐盟意識到半導體技術和生產依賴外國的危險性，展現打造自己的半導體供應鏈，獲得更大的自主權的決心。
五、谷歌基于深度學習算法實現芯片快速設計布局
6月，谷歌研究院和斯坦福大學的研究人員提出了一種基于深度強化學習算法的芯片布局設計方法。利用該方法研究團隊可在6小時內完成芯片布局，由此設計出的芯片在功耗、性能和面積方面與人工設計相匹配，甚至優于人工設計，而專家級人員通常需要數月的迭代才能完成這項任務。據悉，該方法已在谷歌下一代張量處理單元TPU加速器中實現應用，并有望為今后每一代計算機芯片迭代節省數千小時的人力。
六、高速模數轉化器微芯片突破能耗瓶頸
5月，美國楊百翰大學采用時間交織逐次逼近（TI-SAR）架構和28納米CMOS工藝，開發出世界上能耗最低的高速模數轉換器微芯片，功耗僅21毫瓦，比當前主流模數轉換芯片低兩個量級，轉換效能達世界領先水平，為徹底解決模數轉換器芯片高效能與低功耗無法兼顧的難題提供了新的技術途徑。該微芯片尺寸為130微米*170微米，采樣頻率可達10吉赫茲、分辨率8比特，與當前同類模數轉換器相比，功耗、無雜散動態范圍、品質因數等均達世界先進水平。
七、氧化鎵功率器件技術加速發展，正向產業化推進
6月，日本材料企業Novel Crystal Technology（NCT）公司宣布4英寸（100mm）氧化鎵（Ga2O3）外延晶圓實現量產，并在4英寸外延晶圓上成功制作出橫β-Ga2O3 SBD器件，器件良率超70％。這是全球首次確立的大尺寸Ga2O3外延晶圓量產技術，并計劃將于今年內實現商用，有望進一步推動Ga2O3功率器件的商用化進程，預計到2024年晶圓產量將達1000~1500片/月。從未來發展態勢看，隨著Ga2O3功率半導體技術的不斷突破和成熟，有望在軍民多領域釋放巨大應用潛力，并成為全球競爭的熱點領域。
八、芯片短缺加速全球半導體產業鏈重塑
2021年，史無前例的全球芯片大缺貨，加速了全球半導體供應鏈重塑。主要國家、地區和企業紛紛做出行動，以應對不確定環境下的變化，增強自身供應鏈抗風險的能力。芯片制造廠成為各國各地區爭搶的核心，甚至超越了經濟因素，增加了政治色彩。2021年初，臺積電宣布在日本開設子公司，日本宣布將投資370億日元支持臺積電在日本設立研發中心。9月，英特爾在美國亞利桑那州的兩座工廠正式開始建設；同時，臺積電在該州的晶圓廠也在建設中。10月，法國總統馬克龍公布名為“法國2030”的計劃，將投資60億歐元以應對半導體短缺，并確保法國工業在該領域的獨立性。10月，德國博世公司宣布將投資4億歐元，作為該公司2022年在德國和馬來西亞的芯片生產投資，以緩解全球短缺。
九、臺積電推出用于硅光子芯片的先進封裝技術
9月，臺積電面向數據中心市場推出了新型先進封裝技術——緊湊型通用光子引擎（COUPE）異構集成技術，該技術是一種光電共封裝技術，將光學引擎與多種計算和控制用的集成電路共同封在同一裝載板或中間器件上，能夠使組件之間的距離更近，提高帶寬和功率效率，并減少電耦合損耗。
十、英國開發出通用內存芯片
3月，英國蘭卡斯特大學開發出一種超隨機存儲器芯片，該芯片利用共振隧穿量子力學效應，通過施加電壓，使勢壘從不可穿透轉變為可穿透狀態，開發出通用內存。這種通用存儲器被稱為超隨機存取存儲器，具有非易失性隨機存取存儲功能，兼具DRAM和閃存的所有優點，幾乎沒有任何缺點。該技術的誕生是存儲技術創新發展的關鍵一步，有望推動下一代存儲器技術飛速發展。
來源：戰略前沿技術
