世界基础领域2021年度十大进展
发布时间：2022-02-21 12:43:25
2021年，大国对抗更加激烈，印太地区成为大国交锋的焦点，该区域军事行动、演习试验的强度和频次达到新高，信息系统装备技术在其中发挥的作用突显
2021年，大国对抗更加激烈，印太地区成为大国交锋的焦点，该区域军事行动、演习试验的强度和频次达到新高，信息系统装备技术在其中发挥的作用突显；中美科技博弈升级演进，5G、先进计算、集成电路等基础和前沿技术成为科技战的最前沿领域；疫情在部分国家持续肆虐，对全球产业链、供应链带来“断链”冲击，动摇了全球化供应链体系的根基。在此背景下，军事电子领域战略规划、作战概念、装备技术等各方面发展呈现出更加鲜明的数字化、网络化、智能化趋势；同时，各国强化对电子信息领域的科技力量部署，人工智能、量子等前沿技术持续深入发展，若干前沿科技领域出现重大突破。
中国电科战略情报研究团队梳理总结了世界军事电子领域，及其指挥控制、情报侦察、预警探测、通信与网络、定位导航授时、网络空间安全、电磁战、基础领域、前沿技术9个分领域年度十大进展，本篇为该系列第9篇。
一、IBM公司发布世界首个2纳米芯片制造工艺
5月，IBM公司发布世界首个2纳米芯片制造工艺。该工艺采用三层全环栅结构，解决了鳍式场效应晶体管结构存在的漏电与静电控制问题；内部间隔采用第二代干法设计，有助于实现精确栅控；加入底介质电隔离通道，减少了电流泄漏和芯片功耗，并首次将极紫外线光刻技术扩展至前道工序，进一步简化制造步骤。该芯片每平方毫米可集成3.33亿个晶体管，相比7纳米芯片，同功率下性能提升45%，功耗减少75%，是迄今为止集成度最高、功能最强大的芯片。
二、DARPA召开第四届“电子复兴计划”峰会
10月，美国防高级研究计划局（DARPA）线上召开了第四届“电子复兴计划”峰会，总结了“电子复兴计划”的缘起、意义、作用、影响以及目前取得成绩，并对未来“电子复兴计划2.0”进行了展望。此次参会的不仅有微系统技术办公室的项目经理，还有DARPA其他部门的项目经理，体现出峰会研讨内容跨领域融合趋势。从目前披露信息来看，“电子复兴计划”基本超过其设计目标，美国已取得后摩尔时代微电子关键技术的重大突破，在技术层面获得了稳定的支撑点，后续将快速进入实用化阶段。
三、美国半导体行业协会发布《半导体十年计划》报告
1月，美国半导体行业协会发布《半导体十年计划》报告。该报告由学术界、政府、工业界领导者共同制定，提出了信息和通信技术正面临着五大重大变革，为确保半导体、信息通信技术产业的可持续增长，需要从信息处理、传感、通信、存储和安全五个方面开展研究。该计划的主要目标包括：认清推动信息和通信技术发展的重要趋势和应用，以及相关的障碍和挑战；定量评估将影响未来信通技术的五大巨变的潜力和状况；确定改变半导体技术当前发展轨迹的基本目标和指标。该计划呼吁联邦政府每年投入34亿美元研发资金，以应对巨大变革，为人工智能、量子计算、高级无线通信等新兴技术铺平道路。
四、欧盟多举措激励半导体发展
2020年12月，欧盟18个成员国签署《欧洲处理器和半导体科技计划联合声明》，计划在未来两三年内投入1450亿欧元，强化欧盟半导体生态系统和供应链；2021年3月，欧盟发布了《2030年数字指南针：欧洲十年数字化之路》，提出到2030年，欧洲先进和可持续半导体的生产总值至少占全球生产总值的20%，生产能力冲刺2nm；2021年9月，欧盟宣布将设立新的《欧洲芯片法案》，目的是整合欧盟的半导体研究、设计和测试能力，打造最先进的欧洲芯片生态系统。系列举措表明，在全球竞争大环境、产业发展受挫和自主可控能力不足的形势下，面对美国、日韩和中国纷纷强化半导体制造能力的情势，欧盟意识到半导体技术和生产依赖外国的危险性，展现打造自己的半导体供应链，获得更大的自主权的决心。
五、谷歌基于深度学习算法实现芯片快速设计布局
6月，谷歌研究院和斯坦福大学的研究人员提出了一种基于深度强化学习算法的芯片布局设计方法。利用该方法研究团队可在6小时内完成芯片布局，由此设计出的芯片在功耗、性能和面积方面与人工设计相匹配，甚至优于人工设计，而专家级人员通常需要数月的迭代才能完成这项任务。据悉，该方法已在谷歌下一代张量处理单元TPU加速器中实现应用，并有望为今后每一代计算机芯片迭代节省数千小时的人力。
六、高速模数转化器微芯片突破能耗瓶颈
5月，美国杨百翰大学采用时间交织逐次逼近（TI-SAR）架构和28纳米CMOS工艺，开发出世界上能耗最低的高速模数转换器微芯片，功耗仅21毫瓦，比当前主流模数转换芯片低两个量级，转换效能达世界领先水平，为彻底解决模数转换器芯片高效能与低功耗无法兼顾的难题提供了新的技术途径。该微芯片尺寸为130微米*170微米，采样频率可达10吉赫兹、分辨率8比特，与当前同类模数转换器相比，功耗、无杂散动态范围、品质因数等均达世界先进水平。
七、氧化镓功率器件技术加速发展，正向产业化推进
6月，日本材料企业Novel Crystal Technology（NCT）公司宣布4英寸（100mm）氧化镓（Ga2O3）外延晶圆实现量产，并在4英寸外延晶圆上成功制作出横β-Ga2O3 SBD器件，器件良率超70％。这是全球首次确立的大尺寸Ga2O3外延晶圆量产技术，并计划将于今年内实现商用，有望进一步推动Ga2O3功率器件的商用化进程，预计到2024年晶圆产量将达1000~1500片/月。从未来发展态势看，随着Ga2O3功率半导体技术的不断突破和成熟，有望在军民多领域释放巨大应用潜力，并成为全球竞争的热点领域。
八、芯片短缺加速全球半导体产业链重塑
2021年，史无前例的全球芯片大缺货，加速了全球半导体供应链重塑。主要国家、地区和企业纷纷做出行动，以应对不确定环境下的变化，增强自身供应链抗风险的能力。芯片制造厂成为各国各地区争抢的核心，甚至超越了经济因素，增加了政治色彩。2021年初，台积电宣布在日本开设子公司，日本宣布将投资370亿日元支持台积电在日本设立研发中心。9月，英特尔在美国亚利桑那州的两座工厂正式开始建设；同时，台积电在该州的晶圆厂也在建设中。10月，法国总统马克龙公布名为“法国2030”的计划，将投资60亿欧元以应对半导体短缺，并确保法国工业在该领域的独立性。10月，德国博世公司宣布将投资4亿欧元，作为该公司2022年在德国和马来西亚的芯片生产投资，以缓解全球短缺。
九、台积电推出用于硅光子芯片的先进封装技术
9月，台积电面向数据中心市场推出了新型先进封装技术——紧凑型通用光子引擎（COUPE）异构集成技术，该技术是一种光电共封装技术，将光学引擎与多种计算和控制用的集成电路共同封在同一装载板或中间器件上，能够使组件之间的距离更近，提高带宽和功率效率，并减少电耦合损耗。
十、英国开发出通用内存芯片
3月，英国兰卡斯特大学开发出一种超随机存储器芯片，该芯片利用共振隧穿量子力学效应，通过施加电压，使势垒从不可穿透转变为可穿透状态，开发出通用内存。这种通用存储器被称为超随机存取存储器，具有非易失性随机存取存储功能，兼具DRAM和闪存的所有优点，几乎没有任何缺点。该技术的诞生是存储技术创新发展的关键一步，有望推动下一代存储器技术飞速发展。
来源：战略前沿技术
