2035 | 国家重点发行工程：中国集成电路与光电芯片2035发展战略 ★

《中国集成电路与光电芯片2035发展战略》由中科院与国家自然科学基金委联合部署，旨在为政府、企业及科技工作者提供战略参考，推动我国信息产业自主可控发展，提升产业竞争力。

集成电路与光电芯片的科学意义和战略价值集成电路：自1958年首个集成电路问世以来，以半导体材料为基础的集成电路芯片技术飞速发展，成为微电子学的主要研究对象和代表性产品。以集成电路为基础的信息产业已成为世界第一大产业。集成电路元器件组成的功能芯片能按指令采集、获取外界信息并进行处理和执行。不同元器件集成可组装成各种应用设备，如固态硬盘、照相机成像部分等。集成电路技术改变了人类生活方式，使信息交互、货币流通、医疗娱乐等从实体方式转向虚拟和数字化方式。新冠疫情期间，视频会议、线上沟通、直播电商、线上问诊和虚拟游戏等兴起，进一步体现了集成电路技术对生活方式的改变。集成电路技术促进了集成电路应用产业的扩大，丰富了信息获取、存储、处理和传输的方式，开创了全新的信息时代。光电芯片：光电芯片经过长期技术积累，已在信息产业中广泛应用，尤其在通信产业的光通信芯片方面不可或缺。光电芯片核心技术是利用半导体材料的光电转化能力，相比纯电子芯片，以硅基光电芯片、Ⅲ - Ⅴ族半导体光电芯片及柔性光电芯片为代表的光电芯片在信息处理、光学传感和显示方面具有传输处理速度更快、更为灵敏和功耗更低等显著优点。这些核心光电芯片配合其他电路，通过高精度、高可靠性的光电耦合封装技术，形成功能模块或子系统，应用在数据中心、超级计算机、汽车自动驾驶、家用机器人、电信设备等领域，并最终形成完整产业链。为满足信息技术新需求，多功能材料体系异质集成、光电融合集成和多维度/多参量/多功能/高效率调控及可重构成为光电芯片发展的主流方向。战略意义：集成电路与光电芯片技术是信息产业的基石，对提升国家综合实力和保障国家安全极为重要。在国际环境对我国实行技术封锁和打压的情况下，实现我国集成电路与光电芯片自立自强、关键技术突破和自主知识产权拥有，实现集成电路产业自主可控发展是重大战略需求。2021年全球半导体市场规模超5560亿美元，我国是全球最大的半导体产品消费市场，芯片进口额连续6年超2000亿美元，2021年集成电路进口额突破4000亿美元。2021年我国集成电路产业规模达9666亿元，出口额超1500亿美元。但我国高端半导体器件、集成电路与光电芯片进口量大，自主研发核心技术积累不足，技术滞后已影响部分产业安全。集成电路与光电芯片是各国高科技产业博弈的重点，未来其发展将直接决定我国经济命脉，只有掌握核心技术，提升自主研发和生产能力，才能摆脱受制于人的局面。

集成电路与光电芯片的发展趋势后摩尔时代技术趋势：当前集成电路技术已进入后摩尔时代，通过集成电路设计、新型材料和器件的颠覆性创新使芯片算力按摩尔定律速度提升是主要技术趋势之一；自旋、多铁、磁等技术将引发存储芯片技术变革。芯片算力演化：芯片算力正从通用算力向专用算力演化，体系结构创新从通用优化向专用创新转变。通过发展满足专用应用场景的芯片技术，如接近零功耗的电路设计、近似计算、可重构计算、模拟计算、异构计算等，实现算力大幅提升。EDA变革机遇：EDA正面临重要变革机遇，集成电路制程进入纳米尺寸（小于5nm）时会产生量子效应，需用量子力学方法描述晶体管。EDA龙头企业新思科技已提前布局量子力学工具；同时，芯片设计方法学从强调设计质量但周期长变革到重视敏捷性和易用性，通过短时间完成芯片迭代，以及人工智能和EDA算法结合，可能大幅减少人工参与实现自动生成。新型芯片技术变革：量子芯片、类脑智能芯片将引发巨大技术变革。利用集成电路加工技术操控量子信息，实现具有量子信息处理功能的芯片；构造类生物神经网络的半导体器件，制造类脑神经网络结构和信息表达处理机制的芯片和系统，实现类脑感知与认知，是通往通用人工智能的重要路线，连通信息科学、脑科学、数理科学。跨维度集成和封装技术：跨维度异质异构集成和封装技术将实现量子芯片、类脑芯片、3D存储芯片、多核分布式存算芯片、光电芯片、微波功率芯片等与通用计算芯片的巨集成，解决通用和专用芯片技术发展的功耗瓶颈、算力瓶颈并实现功能拓展。光电子与微电子融合技术：面向低功耗、小尺寸、IoT/5G/6G的需求，发展光电子与微电子融合及混合集成技术；突破集成光电子的物理与材料局限的异质异构光电子集成和3D集成技术，发挥光电子与微电子技术各自优势，提升光电芯片性能，增强光电子 - 微电子集成器件的信息感知和信息处理能力。智能光子信号处理技术：发展智能光子信号处理技术，在光域实现超宽带、超高速与智能化信号处理技术，包括可编程光子集成芯片、传输与运算相融合的处理芯片、光神经网络芯片等技术。全频谱阵列集成技术：发展全频谱阵列集成技术，满足复杂业务和通信带宽需求，频谱涵盖微波到红外乃至太赫兹的范围。柔性光电子技术：发展柔性光电子技术，将光电子器件制作在柔性/可延展基板上，满足更多新型应用的需求，如柔性光显示、AR/VR与光感知等。

我国集成电路与光电子技术和产业的发展情况及2035年发展建议发展情况：在“十五”到“十三五”期间，我国通过863计划、973计划、国家重点研发计划、国家重大科技专项、国家自然科学基金等科技项目在集成电路与光电子技术研究方面加大投入。基础研究水平突飞猛进，一批有自主知识产权的新材料、新器件、新结构成果和关键技术处于国际领先地位；制造工艺取得长足进步，以中芯国际、长江存储、弘芯半导体等为代表的制造企业具备较强芯片加工和研发能力；以华为、紫光、寒武纪、海光、龙芯等为代表的芯片设计公司开始在世界市场上掌握一定话语权；通过引进和培养，建立了一支具有丰富经验和开拓创新精神的微电子与光电子研究队伍。我国集成电路与光电子技术和产业从基础研究到大规模制造，从产业规模到人才规模已初步具备国际竞争能力。2035年发展建议：面向2035年，为解决我国集成电路芯片与光电芯片的发展痛点，需要体现国家意志和新型举国体制，持续加大集成电路芯片与光电芯片领域的科技创新投入；加强中高端芯片的产业化研发和产品化生产，持续快速提升芯片的国产化率；优化芯片产业生态，构建长效战略合作机制；不断加强国际合作，以利于我国集成电路芯片和光电芯片的不断发展。