光電子與微電子器件及集成”專項2018年度項目申報指南建議

  Iccsz訊 為落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，促進我國光電子與微電子基礎(chǔ)元器件技術(shù)的不斷發(fā)展，支撐“寬帶中國”、“一帶一路”與“中國制造 2025”等國家戰(zhàn)略的實施。按照《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》部署，根據(jù)國務院《關(guān)于深化中央財政科技計劃(專項、基金等)管理改革的方案》，國家重點研發(fā)計劃啟動實施“光電子與微電子器件及集成”重點專項。根據(jù)本專項實施方案的部署，現(xiàn)提出 2018 年度項目申報指南建議。

  本重點專項總體目標是：發(fā)展信息傳輸、處理與感知的光電子與微電子集成芯片、器件與模塊技術(shù)，構(gòu)建全鏈條光電子與微電子器件研發(fā)體系，推動信息領(lǐng)域中的核心芯片與器件研發(fā)取得重大突破，改變我國網(wǎng)絡信息領(lǐng)域中的核心元器件受制于人的被動局面，支撐通信網(wǎng)絡、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市等應用領(lǐng)域的自主可控發(fā)展，滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略需求。本重點專項按照硅基光子集成技術(shù)、混合光子集成技術(shù)、微波光子集成技術(shù)、集成電路與系統(tǒng)芯片、集成電路設(shè)計方法學和器件工藝技術(shù) 6 個創(chuàng)新鏈(技術(shù)方向)，共部署 49 個重點研究任務。專項實施周期為 5 年(2018~2022 年)。

  1.硅基光子集成技術(shù)

  1.1 硅基發(fā)光基礎(chǔ)理論及器件關(guān)鍵技術(shù)(基礎(chǔ)前沿+共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：開展硅基高效發(fā)光材料的設(shè)計、制備和器件研制，解決硅基光電集成的光源這一瓶頸問題。研究硅基摻雜與缺陷調(diào)控及高效發(fā)光機理;研究硅基納米結(jié)構(gòu)高效發(fā)光材料與器件;研究硅基稀土摻雜/缺陷電致發(fā)光材料及器件;研究鍺錫Ⅳ族直接帶隙發(fā)光材料能帶調(diào)控和相關(guān)器件;研究硅襯底上Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的外延生長及激光器。

  考核指標：突破硅基高效發(fā)光材料和器件難題，研制出硅襯底上的多種激光器。設(shè)計和實現(xiàn)基于能帶工程、摻雜工程、缺陷工程的 2 種以上新結(jié)構(gòu)高效硅基發(fā)光材料;硅基納米結(jié)構(gòu)高效發(fā)光器件能量轉(zhuǎn)移效率>65%，外量子效率>10%;研制的硅基稀土摻雜/缺陷電致發(fā)光器件 800 小時效率衰減小于 25%;制備出具有直接帶隙的鍺錫發(fā)光材料，實現(xiàn)光泵和電泵激射;研制出硅基Ⅲ-Ⅴ化合物半導體激光器，實現(xiàn)室溫連續(xù)激射，閾值電流密度<100A/cm2。申請發(fā)明專利 20 項以上，發(fā)表論文 80 篇以上。

  1.2 Tb/s 級光傳輸用光電子器件及集成(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究 1Tb/s 級相干光調(diào)制芯片、相干光接收芯片和相干光模塊技術(shù)，包括高消光比的偏振旋轉(zhuǎn)與偏振分合束技術(shù)、高速調(diào)制器、波分復用器、高精度 90 度混頻技術(shù)、寬帶探測器陣列集成技術(shù);研制光調(diào)制和接收芯片的封裝和模塊，包括高速驅(qū)動電路與硅基相干光調(diào)制芯片的集成技術(shù)、高速 TIA 等集成電路與硅基相干光接收芯片的集成技術(shù)、相干光通信模塊功能測試分析、ESD 防護性能和可靠性評估技術(shù)。研究微米量級電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)和機理，包括電場和光場的相互作用增強機制、新型高效電光調(diào)制方法、超小型高速電光調(diào)制器的制備工藝開發(fā)及測試等。

  考核指標：研制出總?cè)萘?gt;1Tb/s 級傳輸?shù)南喔晒馐瞻l(fā)芯片及模塊，實現(xiàn)高速硅光調(diào)制器、探測器、波分復用器和偏振復用器等多種功能元件的片上集成及模塊化封裝。封裝后模塊的模擬調(diào)制帶寬和相干接收帶寬>28GHz。收發(fā)模塊誤碼性能、可靠性和工作溫度應符合商用標準;光信號譜間隔<300GHz，進行 1Tb/s 級系統(tǒng)傳輸>600km 的應用驗證。制備微米量級電光調(diào)制器，調(diào)制速率>40Gb/s，調(diào)制器有源區(qū)尺寸<10μm，器件帶有 C 波段信號波長跟蹤和鎖定功能。申請發(fā)明專利 50 項以上，發(fā)表論文 30 篇以上。

  1.3 光接入用 100G PON 核心硅基光電子器件(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容： 面向 25/50/100G PON 光收發(fā)模塊的需求，研究低損耗高消光比的 25Gb/s 硅基光調(diào)制器、高靈敏度的 25Gb/s 鍺硅光探測器，實現(xiàn)調(diào)制器、探測器、濾波器、光纖耦合器等功能器件的硅基集成。研究高線性度的硅基光調(diào)制器、鍺硅光探測器、波分復用器件及技術(shù)，實現(xiàn) 50Gb/s 收發(fā)一體化硅光集成芯片;研究高功率激光器與硅基光波導高效混合集成技術(shù);搭建光收發(fā)模塊驗證測試系統(tǒng)，開發(fā) 25/50 Gb/s PON 硅基集成光收發(fā)模塊工程樣品;研究硅基多通道 100Gb/s PON 核心芯片及模塊化封裝技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)單纖雙向單通道 25Gb/s 硅基光收發(fā)集成芯片，其中硅基光調(diào)制器工作速率不低于 28 Gb/s、插損不大于 6.5 dB;鍺硅光探測器工作速率不低于 28 Gb/s、響應度不低于 0.8 A/W;激光器芯片直流輸出光功率不低于 60mW;實現(xiàn)單通道 50Gb/s 硅基光收發(fā)集成芯片;研制出基于硅基光電子集成芯片的 25/50 Gb/s PON 光收發(fā)模塊工程樣品，發(fā)射光功率不低于 3 dBm、接收靈敏度優(yōu)于-20 dBm (BER = 2E-3)。驗證硅基多通道 100Gb/s PON 的方案，實現(xiàn) 25/50 Gb/s PON 光收發(fā)模塊小批量生產(chǎn)。申請發(fā)明專利45 項以上，發(fā)表論文 30 篇以上。

       2.混合光子集成技術(shù)

  2.1 復合微納體系光子器件及集成(基礎(chǔ)前沿+共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究新型復合微納光子結(jié)構(gòu)中光場模式、模式密度和模式耦合，以及復合微納結(jié)構(gòu)中自由電子-激元耦合、聲子-光子耦合所產(chǎn)生的物理效應及機制;研究復合微納體系中光自旋-動量耦合、光子拓撲態(tài)傳輸、非互易傳輸、光子-光子相互作用、 光子-激子相互作用以及光場多維調(diào)控;研究同時兼?zhèn)涓呖臻g分辨率和高時間分辨能力的精密觀測和表征技術(shù);研制超小、超快、低能耗的微納光電功能器件和超快高集成度的光子芯片技術(shù)。

  考核指標：在 460nm~760nm 可見光波段和 980nm~1700nm 近紅外波段標準光纖到微納光纖器件耦合效率≥90%，微納光纖器件到硅基集成芯片的耦合效率≥50%;觀測與表征技術(shù)的空間分辨率高于 10nm，時間分辨率高于 100fs，視場范圍 1~100μm，工作波長范圍 0.3~1.55μm;微納光調(diào)制與光開關(guān)時間達到皮秒量級;連續(xù)光輸出的微納寬譜光源波長范圍覆蓋 200nm~1600nm，且紫外波段調(diào)諧范圍達 90 nm;實現(xiàn)不低于 4 個光子功能器件的芯片集成，功能器件之間的距離為波長量級。相關(guān)功能器件和集成芯片4能夠進行應用演示。申請發(fā)明專利 20 項以上，發(fā)表論文 80 篇以上。

  2.2 高遷移率 CMOS 與紅外光子器件混合集成芯片技術(shù)(基礎(chǔ)前沿+共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究具有高載流子遷移率且工作在紅外波段的硅襯底制備技術(shù);研究與光子器件集成的硅基高遷移率 CMOS 器件制備關(guān)鍵技術(shù);研究基于工作波長在 2~5μm 紅外波導的探測器、調(diào)制器和激光器及其與高遷移率 CMOS 器件的混合集成工藝;研究混合芯片制造關(guān)鍵工藝和硅光電混合芯片集成工藝以及光互連集成技術(shù)。

  考核指標:錫組份大于 12%的鍺錫合金材料，MOS 結(jié)構(gòu)載流子濃度為 3×1012cm-2時，載流子有效遷移率超過硅材料的 3 倍，鍺錫紅外探測器2μm波長響應度>120 mA/W，器件截止波長>2.7μm;硅基絕緣層上高遷移率 CMOS 器件集成，載流子濃度為 3×1012cm-2時，溝道載流子遷移率超過硅 CMOS 器件的 3 倍，器件工作電壓和開關(guān)比優(yōu)于同等尺寸硅器件;實現(xiàn)至少兩種 8 英寸硅襯底上紅外光子器件與高遷移率 CMOS 器件的混合集成芯片，實現(xiàn)≥40 Gb/s 帶寬，工作波長在 2?5μm;紅外激光器 5μm 室溫連續(xù)輸出功率>2W、單模功率>1.5W、單模調(diào)諧范圍 30nm; 5μm單模激光器的室溫連續(xù)工作閾值功耗<0.6W，并實現(xiàn)紅外激光器與III-V 族 MOSFET 器件集成。上述器件能夠進行系統(tǒng)演示。申請發(fā)明專利 20 項以上，發(fā)表論文 80 篇以上。

  2.3 面向骨干網(wǎng)通信應用的 400GE 光收發(fā)陣列芯片研究(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究高功率激光器和高速調(diào)制器陣列集成芯片、高均勻性多通道波分復用芯片、高速率寬光譜高靈敏探測器陣列芯片技術(shù);研究激光器、調(diào)制器、探測器以及波分復用芯片的單片/混合集成技術(shù);研究 400Gb/s 高線性光發(fā)射與接收集成光模塊技術(shù);研究激光器芯片波長穩(wěn)定與調(diào)控技術(shù);研究光發(fā)射與接收集成芯片與器件自校準測試和封裝技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)光發(fā)送陣列芯片和接收陣列芯片的單片速率達到400Gb/s;調(diào)制或響應帶寬>25GHz;最小發(fā)射光功率>-2.8dBm/通道，接收靈敏度<-7.1dBm;研制出八通道合分波功能的混合或單片集成芯片，波長范圍為 1272.55?1310.19nm，符合 LR8 標準;系統(tǒng)演示實現(xiàn)>10km 單模光纖無誤碼傳輸。申請發(fā)明專利 50 項以上，發(fā)表論文 30 篇以上。

  2.4 面向數(shù)據(jù)中心應用的寬帶光收發(fā)集成器件及模塊(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：為滿足多通道大容量光互連的需求，研究 4×100Gb/s 光發(fā)射與接收集成器件及模塊。研究 4 通道高功率單模激光器陣列芯片技術(shù);研究 4 通道調(diào)制器陣列芯片技術(shù);研究 4 通道探測器陣列芯片技術(shù);研究 4×100Gb/s 光收發(fā)模塊技術(shù)及系統(tǒng)應用。

  考核指標：波長分配 1271/1291/1311/1331nm，波長精度為+/-6.5nm;調(diào)制器及探測器 3dB 帶寬>40GHz;激光器陣列單元激光器出光功率不小于 50mW，激光器與調(diào)制器光耦合效率>50%;收端靈敏度<-5dBm@BER 2e-4;收發(fā)模塊數(shù)據(jù)傳輸速率 400Gb/s每通道輸出功率>-2.0dBm，合波總功率>4.0dBm。4×100Gb/s 收發(fā)模塊完成系統(tǒng)功能演示，傳輸距離 500m 以上，消光比到 3.5dB。申請發(fā)明專利 55 項，發(fā)表論文 30 篇。

  2.5 面向短距離光互連應用的多模光收發(fā)芯片、器件與模塊(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究波長 850nm 速率 25Gb/s 的面發(fā)射激光器(VCSEL)芯片設(shè)計與制備工藝;研究低暗電流、高響應度的850nm 波段探測器芯片設(shè)計與制備工藝;研究多模單通道 25Gb/s VCSEL 驅(qū)動控制電路技術(shù);研究多模單通道 25Gb/s 的放大控制電路技術(shù);研究多模 4×25G 混合集成光收發(fā)模塊技術(shù)與系統(tǒng)應用。

  考核指標：實現(xiàn) 25Gb/s VCSEL 芯片，工作波長 840~860nm，3dB 帶寬>20GHz，閾值電流<1.5mA;實現(xiàn)探測器芯片的接收波長達到 830~870nm，3dB 帶寬>20GHz，暗電流<0.1nA，響應度>0.5A/W;實現(xiàn) 4 通道集成化光收發(fā)模塊，傳輸速率達到 4×25.78Gb/s 或 4× 28.05Gb/s，可編程范圍≥12.8mA，總功耗<1000mW;完成多模 4 通道集成光收發(fā)模塊在光互聯(lián)中的應用演示，實現(xiàn)不低于 100 米多模光纖傳輸。申請發(fā)明專利 35 項，發(fā)表論文 30 篇。

  2.6 相干光通信系統(tǒng)中的光發(fā)射與調(diào)控集成芯片技術(shù)(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究窄線寬激光器高頻調(diào)制與發(fā)光特性;研究可調(diào)諧激光器波長調(diào)諧與穩(wěn)定控制機制;研究集成化超窄線寬半導體激光器芯片設(shè)計與制備技術(shù);研究高穩(wěn)頻窄線寬激光器與調(diào)制器混合集成技術(shù)。研究集成化寬調(diào)諧窄線寬半導體激光器芯片設(shè)計與制備技術(shù);研究寬調(diào)諧窄線寬激光器與相干接收平衡探測器的混合集成技術(shù)。

  考核指標：高穩(wěn)頻窄線寬激光器頻率穩(wěn)定度標準方差<10-8@100s，線寬<10kHz;實現(xiàn)激光器小批量生產(chǎn);與雙偏振雙載波調(diào)制器(含驅(qū)動)實現(xiàn)模塊化集成，調(diào)制速率不低于 400 Gb/s，輸出功率≥1mW;完成 400-Gb/s 相干光通信系統(tǒng)演示驗證。集成化可調(diào)諧窄線寬半導體激光器芯片的線寬<50kHz，波長調(diào)諧范圍≥35nm(C 波段)，輸出功率≥20mW，波長調(diào)諧精度<±2.5GHz;實現(xiàn)激光器小批量生產(chǎn);與混頻器、平衡探測器、跨阻放大器和偏振分束器等相干接收系統(tǒng)進行混合模塊化集成，單載波帶寬≥40 Gb/s，并完成 400-Gb/s 相干光通信系統(tǒng)演示驗證。申請發(fā)明專利 20 項以上，發(fā)表論文 50 篇以上。

  2.7 無源光網(wǎng)絡中的 25G/100G 混合光子集成芯片及模塊(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究面向無源光網(wǎng)絡(PON)的高功率 25G 激光器芯片技術(shù);研究面向 PON 的高靈敏度 25G APD 芯片技術(shù);研究基于混合集成技術(shù)的 PON 收發(fā)組件的封裝技術(shù)與工藝;實現(xiàn)突發(fā)接收與高效的 FEC 功能，完成 25G/50G 或 25G/100G 及以上速率 PON 光模塊開發(fā)與小批量生產(chǎn)，實現(xiàn) PON 網(wǎng)絡示范應用。

  考核指標：面向 PON 引用，25G 激光器芯片發(fā)射光功率≥10dBm，消光比>6dB, 3dB 帶寬≥21GHz;25G APD 芯片靈敏度<-26dBm(25Gb/s@10-3誤碼率)，3dB 帶寬≥21GHz;實現(xiàn)基于混合集成技術(shù)的 PON 收發(fā)組件的發(fā)射光功率≥3dBm，接收靈敏<-23dBm(25Gb/s@10-3 誤碼率);實現(xiàn)支持平滑升級的 25G/50G及以上 PON光模塊與示范應用，每個通道功耗<1.5W，與現(xiàn)有10G PON 兼容;開通一個試驗局，實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。申請發(fā)明專利 35項，發(fā)表論文 30 篇。

  2.8 面向 5G 應用的光傳輸核心芯片與模塊(共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究寬溫、高線性 25Gb/s DFB 激光器芯片設(shè)計、制備與長期可靠性評價技術(shù);研究高線性 25Gb/s EML 芯片設(shè)計與制備技術(shù);研究 25Gb/s 波長可調(diào)諧激光器芯片設(shè)計技術(shù);研究單通道 50Gb/s(PAM-4 格式)高線性度激光器驅(qū)動、高線性度高靈敏度 TIA 芯片技術(shù)、PAM-4 調(diào)制與解調(diào)及非線性補償與信號均衡等集成芯片技術(shù);研究 25Gb/s DFB 激光器寬溫封裝與 25Gb/s EML 器件封裝技術(shù)及光收發(fā)模塊設(shè)計的電信號完整性、熱管理技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)高可靠性、寬溫、高線性 25Gb/s DFB 芯片，小信號調(diào)制帶寬達到 18GHz，輸出光功率達到 10mW，工作溫度范圍滿足-40?+85℃;實現(xiàn) C 波段 25Gb/s EML 芯片的小信號調(diào)制帶寬達到 22GHz，輸出光功率達到 2mW;實現(xiàn) C 波段 25Gb/s 可調(diào)諧激光器芯片的小信號調(diào)制帶寬達到 20GHz，波長調(diào)諧范圍≥35nm;實現(xiàn)單通道 50Gb/s (PAM-4 格式) 光收發(fā)集成電路芯片，激光器驅(qū)動單元小信號調(diào)制帶寬達到 22GHz，PAM-4 收發(fā)芯片電接口插損≥30dB;TIA 輸出小信號帶寬達到 22GHz;研制單通道 — 11 —25Gb/s 寬溫光收發(fā)模塊與 50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s 非相干調(diào)制密集波分光收發(fā)模塊，寬溫光模塊滿足工作溫度范圍-40?85℃，消光比>4.0dB，接收靈敏度>-11.0dBm，密集波分光收發(fā)模塊滿足單載波 50Gb/s。完成相關(guān)器件模塊在典型 5G 場景下的應用演示。申請發(fā)明專利 60 項，發(fā)表論文 30 篇。

  3.微波光子集成技術(shù)

  3.1 寬帶無線接入微波光子芯片基礎(chǔ)研究(基礎(chǔ)前沿+共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究大功率低噪聲半導體激光器及陣列芯片、寬帶低半波電壓電光調(diào)制器及陣列芯片以及寬帶高飽和光探測器及陣列芯片;研究寬帶、高精度二維微波光子波束形成芯片、頻率和帶寬高速可重構(gòu)微波光子濾波器及陣列芯片以及寬帶、高抑制比光學單邊帶調(diào)制芯片;研究多頻段微波光子融合傳輸與寬帶無線接入技術(shù)、微波光子多芯傳輸與多制式無線信號的融合接入技術(shù)以及寬帶微波光子多波束技術(shù)及其無線接入技術(shù)。

  考核指標：半導體激光器輸出光功率≥200mW、RIN 噪聲≤-160dBc/Hz，半導體激光器陣列輸出功率≥100mW、通道間隔 200 GHz、RIN 噪聲≤-155dBc/Hz;電光調(diào)制器及陣列芯片調(diào)制帶寬≥40GHz、半波電壓≤4V;光電探測器及陣列芯片帶寬≥40GHz、飽和光功率≥100mW;波束形成芯片瞬時帶寬≥4GHz、延時精度— 12 —≤±0.3ps、通道數(shù) 4×4;可重構(gòu)濾波器及陣列芯片頻率調(diào)諧范圍≥40GHz、射頻帶外抑制比≥60dB、響應時間≤100μs;單邊帶調(diào)制芯片頻率覆蓋 8?40GHz、邊帶抑制比≥30dB。實現(xiàn)頻段數(shù)≥2、動態(tài)范圍 ≥120dB?Hz2/3 的多頻段微波光子融合傳輸;實現(xiàn)信道數(shù)≥8、串擾≤-20dB 的多制式無線信號多芯傳輸與分配;實現(xiàn)波束數(shù)目≥4、瞬時帶寬≥4GHz 的寬帶微波光子多波束收發(fā)。申請發(fā)明專利 30 項，發(fā)表論文 80 篇。

  3.2 光子模擬信號處理芯片基礎(chǔ)研究(基礎(chǔ)前沿+共性關(guān)鍵技術(shù)類)

  研究內(nèi)容：研究可重構(gòu)光子模擬處理芯片技術(shù)，在光子集成芯片上實現(xiàn)微分、積分和希爾伯特變換等信號處理功能的可重構(gòu);研究光子集成芯片與微波集成電路的混合集成，研制集成化可調(diào)諧微波信號產(chǎn)生芯片。研究集成化寬帶色散延時芯片與器件;研究超寬帶線性調(diào)頻信號產(chǎn)生的微波光子芯片;研究超寬帶任意波形產(chǎn)生的系統(tǒng)集成。

  考核指標：光子模擬信號處理芯片瞬時帶寬大于 40GHz，信號處理功能可在微分、積分和希爾伯特變換之間切換，信號處理誤差小于 10%;實現(xiàn)芯片級可調(diào)諧光生微波源，微波信號頻率覆蓋范圍 6?18GHz，相位噪聲低于-90dBc/Hz@10kHz。集成化色散延時芯片的光譜帶寬大于 5nm，色散值大于 100ps/nm;線性調(diào)頻信號頻譜覆蓋 10?60GHz;任意波形頻譜覆蓋范圍 10?60GHz，采 — 13 —樣率不小于 100GS/s。申請發(fā)明專利 30 項，發(fā)表論文 80 篇。

  4.集成電路與系統(tǒng)芯片

  4.1 超低功耗、高可靠和強實時微控制器芯片技術(shù)

  研究內(nèi)容：面向物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點超長待機和免維護的應用需求，研發(fā)超低功微控制器芯片;研究寬電源電壓范圍的片上存儲器和標準單元、微瓦級數(shù)模轉(zhuǎn)換器、納瓦級間隙式片上振蕩器、寬負載高效率電源轉(zhuǎn)換器和自適應動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)。面向工業(yè)控制應用場景下苛刻工作環(huán)境和強實時性的應用需求，研發(fā)高可靠強實時微控制器芯片;研究處理器實時處理技術(shù)、高可靠性增強及容錯技術(shù)、寬溫度工作范圍和工業(yè)控制通信增強型總線設(shè)計技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)一款面向物聯(lián)網(wǎng)應用的超低功耗微控制器芯片;采用國產(chǎn)嵌入式低功耗 CPU 核、內(nèi)嵌非易失存儲器 NVM 和靜態(tài)隨機存儲器 SRAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 和電源管理等電路，支持寬電源電壓(0.6×VDD~1.0×VDD)工作，動態(tài)電流(CPU 核運行基準程序 dhrystone)小于 10μA/MHz，休眠電流(包括 32kHz晶振電路、實時時鐘 RTC 電路和 2kB 數(shù)據(jù)保持存儲器)小于300nA，基準測試程序 EEMBC ULPMark CP(3.0V)得分 300 以上;基于該芯片完成云背景下的物聯(lián)網(wǎng)示范應用。實現(xiàn)一款面向工業(yè)控制應用的高可靠強實時微控制器芯片;內(nèi)嵌強實時處理器、支持校驗和糾錯的片上 NVM 和 SRAM、ADC 和電源轉(zhuǎn)換等電路，工作主頻大于 200MHz，高等級事件硬件實時響應時間小于 10 納秒，工作溫度范圍達到工業(yè)級標準-40℃~85℃，IEC61000-4-2 標準下 ESD 測試不低于 2kV，基于該芯片完成智能制造/電機控制/

  軌道交通至少一款產(chǎn)品的示范應用。

  4.2 面向信息安全的動態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)芯片技術(shù)

  研究內(nèi)容：面向云計算、大數(shù)據(jù)等應用場景下的高安全密碼計算及非黑盒攻擊問題，研發(fā)具備主動防御特性、電路隨算法變化而快速變化的新型動態(tài)可重構(gòu)信息安全系統(tǒng)芯片;研究支持主流密碼算法的動態(tài)可重構(gòu)芯片計算模式、硬件架構(gòu)、映射方法、軟硬件協(xié)同設(shè)計機制等關(guān)鍵技術(shù)，研究可重構(gòu)芯片的安全白片關(guān)鍵技術(shù)，研究采用動態(tài)局部重構(gòu)技術(shù)削弱側(cè)信道攻擊的方法，研究基于可重構(gòu)芯片的物理不可克隆函數(shù)設(shè)計技術(shù)，研究動態(tài)可重構(gòu)芯片集成開發(fā)工具的設(shè)計技術(shù)。

  考核指標：采用 28nm 或更先進工藝實現(xiàn)一款面向信息安全應用的高能效、高靈活和高安全的動態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)芯片;該芯片支持分組、序列和雜湊等 30 種以上國內(nèi)外主流密碼算法，支持動態(tài)局部重構(gòu)和對算法簇的硅后擴展：單個算法重構(gòu)時間小于 100ns配置信息量小于 10kB，能量效率平均達到主流 FPGA 芯片的 10倍以上;該芯片的原理圖或版圖中不包含算法的完整信息;在該芯片上實現(xiàn) AES 和 SM4 等算法，采用動態(tài)局部重構(gòu)等技術(shù)有效削弱側(cè)信道攻擊，相對于采用之前，抵御經(jīng)典差分功耗攻擊的能力 至少提升 2 個數(shù)量級;采用動態(tài)局部重構(gòu)等技術(shù)在該芯片上實現(xiàn)物理不可克隆函數(shù)，有效激勵響應對≥2^128，內(nèi)核誤碼率≤1e-8;完成該芯片集成開發(fā)工具的研制;基于該芯片完成面向信息安全應用的演示樣機;關(guān)鍵技術(shù)應用于我國核心部門的信息安全裝備。

  4.3 超高速數(shù)據(jù)率與寬帶可重構(gòu)射頻芯片技術(shù)

  研究內(nèi)容：面向車聯(lián)網(wǎng)、機器人等復雜物聯(lián)網(wǎng)場景的寬帶無線接入應用，研發(fā)寬帶可重構(gòu)射頻系統(tǒng)集成芯片;研究工作頻率和信道帶寬的寬范圍可重構(gòu)技術(shù)，研究接收機強抗干擾技術(shù)，研究寬帶高能效發(fā)射機技術(shù)，研究寬帶可重構(gòu)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。面向?qū)拵? WiFi、虛擬現(xiàn)實等超高速無線連接應用，研發(fā)超高數(shù)據(jù)率射頻集成芯片;研究超高數(shù)據(jù)率調(diào)制解調(diào)電路技術(shù)，研究全集成MIMO 技術(shù)，研究在片集成高效率功率放大器電路技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)一款寬帶可重構(gòu)射頻芯片;芯片工作頻率覆蓋 0.4GHz~6GHz，最大瞬時信道帶寬不低于 20MHz，0dBm 阻塞(偏離載波 20MHz 處)下的接收機噪聲系數(shù)低于 10dB，接收機功耗最大不超過 50mW，片上集成功率放大器，發(fā)射功率不低于23dBm，發(fā)射機功耗不高于 1W @23dBm 輸出功率，發(fā)射機 EVM不低于 30dB，支持不少于 3 種通信協(xié)議的實時可重構(gòu);基于該芯片完成演示樣機，并針對車聯(lián)網(wǎng)、機器人等復雜物聯(lián)網(wǎng)應用場景，完成演示系統(tǒng)。實現(xiàn)一款超高數(shù)據(jù)率射頻集成芯片;支持 256QAM等復雜調(diào)制方式，通信峰值數(shù)據(jù)率不低于 10Gbps，通信距離不低— 16 —于 10m;基于該芯片完成演示樣機，并針對高速 WiFi、虛擬現(xiàn)實等高速無線互連應用，完成演示系統(tǒng)。

  4.4 面向大數(shù)據(jù)傳輸?shù)某咚賯鬏敾ミB芯片技術(shù)

  研究內(nèi)容：針對大數(shù)據(jù)、云計算和高性能計算等應用場景，研發(fā)超高速傳輸互連芯片;研究超高速串行傳輸接口 PHY 物理層電路技術(shù)，研究低誤碼率多元幅度調(diào)制與解調(diào)電路技術(shù)，研究自適應可配置均衡電路技術(shù);研究低抖動時鐘恢復電路技術(shù)，研究低抖動時鐘產(chǎn)生技術(shù);研究多通道低延遲互連接口控制器設(shè)計技術(shù)，研究高可靠編解碼重傳技術(shù)，研究功耗節(jié)能管理與優(yōu)化技術(shù)，研究 BIST 回環(huán)自測試技術(shù);研究超高速串行傳輸接口芯片的封裝與測試驗證技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)一款應用于大數(shù)據(jù)傳輸?shù)?100Gbps 串行接口收發(fā) PHY 原型芯片;單 Lane 收發(fā)器速率支持 100Gbps，誤碼率≤1e-9，功耗≤2W/Lane，支持多幅度調(diào)制 PAM 編碼或 NRZ 編碼格式，支持 BIST 回環(huán)自測試，支持可配置均衡功能。實現(xiàn)一款應用于大數(shù)據(jù)傳輸?shù)某咚倩ミB原型芯片;單 Lane 鏈路數(shù)據(jù)率不少于 50Gbps，支持 2~4 路鏈路綁定協(xié)同傳輸，支持全速模式和半速模式，支持 FEC 功能可配置，F(xiàn)EC 糾正前 BER 容限不低于 e-5 量級，支持鏈路層重傳，支持 BIST 自測試功能，含 PRBS31 等通用碼型，支持 P/N 極性倒置、Lane 反轉(zhuǎn)功能，支持均衡參數(shù)的自動優(yōu)化，支持功耗節(jié)能管理與控制機制;并完成面向大數(shù)據(jù)傳輸?shù)? — 17 —超高速互連原型芯片應用演示樣機。

  4.5 高能效人機交互芯片技術(shù)

  研究內(nèi)容：面向下一代物聯(lián)網(wǎng)移動智能終端對人機交互的應用需求，研發(fā)高能效、高精度、高感知性、高反饋性的人機交互芯片;研究低功耗高精度壓感檢測電路技術(shù)，研究低功耗高精度真皮指紋檢測電路技術(shù)，研究低功耗高靈敏度手勢探測電路技術(shù)，研究集成多種信號傳感和智能處理技術(shù)的低功耗片上系統(tǒng)。

  考核指標：實現(xiàn)高能效人機交互芯片;壓感檢測范圍達到0~5kpa，靈敏度≥2μF/kpa，功耗≤70μW;真皮指紋檢測的拒真率≤0.01%，認假率≤0.0001%，圖像分辨率≥500DPI，指紋識別的響應延時≤500ms，指紋識別功耗≤40mW，待機功耗≤10μW;實時手勢識別準確率≥90%，手勢識別功耗≤38μW@1FPS，終端設(shè)備手勢喚醒功耗≤3.5μW@1FPS;基于研制芯片完成演示樣機及其演示系統(tǒng)。

  4.6 高精度毫米波/太赫茲雷達與成像芯片技術(shù)

  研究內(nèi)容：面向高精度三維成像雷達應用，研發(fā)硅基高精度毫米波雷達芯片;研究毫米波頻率源生成電路的低相噪技術(shù)，研究毫米波收發(fā)系統(tǒng)的寬帶連續(xù)波調(diào)頻和脈沖調(diào)制電路技術(shù)，研究毫米波功率放大器的高效率功率合成與發(fā)射技術(shù)，研究毫米波接收機的低噪聲電路技術(shù)。面向生物醫(yī)學成像應用或安檢成像應用，研發(fā)硅基太赫茲成像陣列芯片;研究太赫茲天線陣列技術(shù)，研究太赫茲低噪聲能量檢測電路技術(shù)，研究高分辨率太赫茲成像陣列技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)一款硅基高精度雷達芯片;芯片工作頻率高于 100GHz，支持連續(xù)波調(diào)頻、脈沖等多種雷達體制，最大帶寬不低于 2GHz，輸出功率不低于 10dBm，接收噪聲系數(shù)優(yōu)于 15dB @1MHz IF(FMCW 雷達體制)，單片集成陣列規(guī)模不少于 2 發(fā) 3收，功耗低于 1.6W;基于該芯片完成三維成像雷達樣機及其演示系統(tǒng)，距離分辨率優(yōu)于 0.1m，角度分辨率優(yōu)于 5°，探測距離不低于 10 米。實現(xiàn)一款硅基太赫茲成像陣列芯片，接收信號頻率不低于 220GHz，接收機靈敏度優(yōu)于 70pW @1kHz 帶寬，單片集成陣列規(guī)模不少于 4×4，功耗低于 1.5W;基于該芯片完成面向生物醫(yī)學成像應用或安檢成像應用的太赫茲成像樣機及其演示系統(tǒng)。

  4.7 植入式微納集成芯片與集成系統(tǒng)

  研究內(nèi)容：面向有源植入式醫(yī)療器械應用，研發(fā)植入式微納集成芯片與集成系統(tǒng);研究高效無線自供能與超低功耗無線寄生通信電路技術(shù);研究高精度、超低功耗微納傳感器信號檢測和微納執(zhí)行器控制電路技術(shù);研究高精度、高能效生物電信號檢測與刺激電路技術(shù);研究小尺寸、高精度植入式壓力傳感器和小尺寸、低發(fā)熱植入式微泵;研究滿足生物相容性、氣密性和 GMP 認證要求的有源植入式微納集成系統(tǒng)的封裝、集成與制造技術(shù);面向醫(yī)學診療應用，研發(fā)植入式診療用微納集成芯片與集成系統(tǒng)和植入 式電生理微納集成芯片與集成系統(tǒng)，并進行基于動物實驗的臨床應用研究。

  考核指標：實現(xiàn)面向有源植入式醫(yī)療器械的微納集成芯片;采用無線供電，傳輸功率 PDL≥10mW，傳輸效率 PTE≥60% @10mm 植入深度，接收線圈≤20mm × 20mm × 1.5mm;無線通訊數(shù)據(jù)率≥250kbps @ 10mm 植入深度，誤碼率≤1e-6;微納傳感器信號檢測精度≥8 比特，采樣率≥20kS/s;生物電信號檢測輸入?yún)⒖荚肼?rms 值≤5μV，信號帶寬 1Hz~1kHz;生物電刺激精度≥8比特，最小脈寬時間≤10μs，電壓型刺激覆蓋范圍 0~7V，電流型刺激覆蓋范圍 0~2mA;實現(xiàn)植入式壓力傳感器，壓力檢測范圍-20~300mmHg，精度≤±1.5mmHg，瞬時功耗≤0.5mW，尺寸≤3mm×3mm×1.5mm;實現(xiàn)植入式微泵，無機械運動部件，無氣泡產(chǎn)生，自發(fā)熱≤1℃，尺寸≤3mm×3mm×1.5mm，驅(qū)動電壓≤5V，流量≥2μL/min;基于該芯片、壓力傳感器和微泵，針對 1 種致盲性疾病的診療應用，實現(xiàn)植入式診療用微納集成系統(tǒng)的功能樣機;針對 1 種迷走神經(jīng)電刺激診療應用，實現(xiàn)植入式電生理微納集成系統(tǒng)的功能樣機;達到生物相容性、氣密性和 GMP 認證的技術(shù)要求，并完成基于動物實驗等手段的功能演示。

  4.8 加速深度學習的新型計算架構(gòu)研究

  研究內(nèi)容：面向物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點和邊緣設(shè)備低功耗智能處理的迫切需求，研發(fā)自適應重構(gòu)、存內(nèi)計算和數(shù)?；旌系母吣苄疃葘W— 20 —習處理芯片;研究可重構(gòu)、可擴展的深度學習計算架構(gòu)，研究精度自適應的計算單元和空間并行的單元陣列，研究支持存內(nèi)計算的 CMOS 靜態(tài)隨機存儲器，研究精度可控的數(shù)模混合算術(shù)運算單元，研究片上自學習技術(shù)和計算架構(gòu)，研究運算誤差容忍的深度學習訓練方法。

  考核指標：實現(xiàn)深度學習處理芯片;支持不同結(jié)構(gòu)和規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡計算，卷積網(wǎng)絡計算的等效峰值能效比≥100TOPS/W;計算單元陣列峰值利用率不低于 90%;支持片上存內(nèi)計算，具有數(shù)據(jù)存儲和卷積計算兩種模式，存儲器單元失效率小于 1e-6;支持數(shù)?；旌嫌嬎悖ぷ麟妷悍秶?0.6VDD~1.0VDD，支持 PVT 校準，模擬計算引入的識別率損失不超過 2%;滿足主流深度學習應用的計算精度要求，針對主流圖像數(shù)據(jù)集識別率達到 92%以上。

  4.9 隨機計算新架構(gòu)

  研究內(nèi)容：研究面向隨機計算架構(gòu)的 CMOS 電路設(shè)計技術(shù);研究基于隨機計算自身容錯性的電路功耗和硬件開銷優(yōu)化技術(shù);研究在超低電壓工作下隨機計算電路的魯棒性及電路-器件協(xié)同優(yōu)化技術(shù);研究面向隨機計算的數(shù)據(jù)編碼方式、目標函數(shù)實現(xiàn)方式、以及通用的電路綜合工具;研發(fā)面向可容錯應用的隨機計算芯片;探索新興器件在隨機計算中的應用，及其與 CMOS 混合集成的設(shè)計方法。

  考核指標：研制的隨機計算芯片，對于典型的可容錯應用， 滿足在電路單元錯誤率為 1%的情況下，應用誤差不超過 5%;芯片能耗較傳統(tǒng)二進制計算電路降低 5 倍以上;建立通用的隨機計算電路綜合工具，能夠?qū)崿F(xiàn)隨機序列生成器和數(shù)據(jù)通路的協(xié)同綜合，能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)二進制計算模塊在應用中分割協(xié)調(diào)。

  5.集成電路設(shè)計方法學

  5.1 近閾值高精度時序分析技術(shù)

  研究內(nèi)容：針對近閾值電路時序波動大、傳統(tǒng)靜態(tài)時序分析方法難以適用的問題，研發(fā)近閾值高精度時序分析 EDA 工具;研究近閾值條件下電路時序分布模型，關(guān)鍵時序路徑的快速選取方法，關(guān)鍵路徑的高精度仿真方法，關(guān)鍵路徑時序良率分析方法，關(guān)鍵路徑時序統(tǒng)計分析方法和電壓靈敏度分析方法，以及大規(guī)模電路的時序并行化分析方法。

  考核指標：實現(xiàn)近閾值高精度時序分析 EDA 工具;支持 40nm及以下先進工藝，電路規(guī)模≥1000 萬門，支持寬幅、變工作電壓的時序分析(0.6×VDD~1.1×VDD，10 個電壓節(jié)點以上)，單條關(guān)鍵路徑的延時統(tǒng)計分析相比 6 sigma 蒙特卡洛仿真誤差≤5%，速度提升≥1000 倍;基于該工具實現(xiàn)應用示范，支持 2 款以上近閾值芯片的設(shè)計流片。

  6.器件工藝技術(shù)

  6.1 超陡擺幅極低功耗新原理器件及電路

  研究內(nèi)容：研究基于隧穿機理的超陡亞閾擺幅新原理器件的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵工藝與集成技術(shù)，以及該新原理器件的漲落和可靠性問題;研究基于其它機理的超陡亞閾擺幅新原理器件的物理機制及工藝制備技術(shù);研究超陡亞閾擺幅新原理器件的物理模型及其極低功耗集成電路設(shè)計技術(shù)。

  考核指標：研制出基于隧穿機理的超陡亞閾擺幅器件，工作電壓<0.4V，平均亞閾擺幅<60mV/dec，電流開關(guān)比>1e6;得到基于隧穿機理的超陡亞閾擺幅器件的漲落和可靠性的統(tǒng)計規(guī)律;研制出基于其他機理的超陡亞閾擺幅器件，同時滿足工作電壓<0.4V，最小亞閾擺幅<40mV/dec，電壓回滯<10mV;建立適用于電路仿真與設(shè)計的超陡亞閾擺幅新原理器件的物理解析模型;基于超陡亞閾擺幅新原理器件實現(xiàn) 1-2 種極低功耗集成電路，功耗較傳統(tǒng) CMOS 集成電路降低 40%以上，并在大規(guī)模集成工藝平臺上實現(xiàn)驗證。

  6.2 新型嵌入式阻變存儲器研究

  研究內(nèi)容：研究基于阻變機制的新型非易失存儲器件的物理機制及其性能優(yōu)化方法;研究適用于嵌入式應用的阻變存儲材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計、基于 CMOS 平臺的制備工藝以及嵌入式混合集成技術(shù);研究新型嵌入式阻變存儲器的陣列架構(gòu)、操作方法及控制電路等芯片關(guān)鍵技術(shù)。

  考核指標：實現(xiàn)基于阻變機理的嵌入式非易失存儲器演示芯片，并基于 40nm 及以下工藝節(jié)點 CMOS 平臺進行嵌入式集成，操作功耗≤0.1pJ/bit，讀寫速度≤50ns，工作電壓≤1.5V，在 125℃下的數(shù)據(jù)保持能力≥10 年，擦寫能力≥1e6 次，芯片容量≥64Mb。

  6.3 仿生神經(jīng)形態(tài)突觸/神經(jīng)元器件與電路

  研究內(nèi)容：研究高精度仿生神經(jīng)形態(tài)突觸器件，包括研究低功耗突觸器件及其性能優(yōu)化方法;研究基于突觸可塑性實現(xiàn)類腦信息處理功能的方法;研究可實現(xiàn)對生物神經(jīng)元整合、發(fā)放特性高精度模擬的低功耗神經(jīng)元器件與電路;研究仿生神經(jīng)元器件與電路的面積與功耗優(yōu)化技術(shù)。研究基于仿生神經(jīng)形態(tài)器件及電路的神經(jīng)網(wǎng)絡，并探索其在目標識別、智能信號處理等領(lǐng)域的應用。

  考核指標：實現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)突觸器件，突觸器件權(quán)值精度≥6bit，開關(guān)比≥1e3，尺寸≤50nm，響應速度≤20ns，單次脈沖操作功耗≤0.1pJ，突觸陣列規(guī)?！?k;基于突觸器件實現(xiàn)脈沖時間依賴可塑性、雙脈沖易化現(xiàn)象、異源性可塑性等特性;實現(xiàn)基于神經(jīng)形態(tài)器件的神經(jīng)元電路，基于神經(jīng)形態(tài)器件的神經(jīng)元可穩(wěn)定實現(xiàn)脈沖發(fā)放特性，發(fā)放頻率≥1MHz，單次發(fā)放功耗≤1nJ，最小神經(jīng)元面積≤100nm×100nm;基于該器件與電路，對具有自主學習能力的神經(jīng)網(wǎng)絡進行演示驗。