国外国防科技年度重大进展之八 2020年电子元器件领域十大进展
电子元器件领域十大进展
一、封装内光互连技术取得突破
2020年3月，美国英特尔公司和艾亚实验室将TeraPHY硅基光学输入/输出芯粒集成到现场可编程门阵列中，率先将光信号传输元件封装至芯片内部，标志着封装内光互连技术取得突破性进展。集成方案是：将TeraPHY芯粒与现场可编程门阵列“高级接口数据总线”接口的24个通道相连接，利用“嵌入式多芯片互连桥接”技术将二者封装在一起，构建封装内集成光学元件的多芯片模块。与电互连相比，光互连带宽密度提高1000倍，功耗降低至1/10。该技术有望实现100太比特/秒的数据传输速率，大幅提升封装内芯片间的数据传输能力，满足信息装备大数据处理需求。
二、DARPA三维系统芯片进入产业化阶段
2020年8月，DARPA三维系统芯片开始从实验室成果转向产业化。产业化阶段，DARPA将在天水公司200毫米晶圆碳基芯片生产线上，应用碳纳米管晶体管三维系统芯片制造工艺，重点改进芯片品质，提升芯片良率，优化芯片性能，提高逻辑功能密度。三维系统芯片集逻辑运算、数据存储功能于一身，可实现高带宽数据传输，提高计算性能，降低运行功耗，将大幅加速人工智能算法和先进计算，对美国巩固信息优势意义重大。
三、美国开发出高灵敏芯片级激光陀螺仪
2020年3月，美国加州理工学院研发出高灵敏度芯片级激光陀螺仪，灵敏度比其他芯片级陀螺仪高数十至上百倍。该陀螺仪碟形布里渊谐振腔由极限Q值超过1亿的硅基二氧化硅制成，自由光谱谐振值1.808吉赫。测试表明，芯片级激光陀螺仪具有高灵敏、高集成性、高鲁棒性、强抗冲击性等特点，在微型无人机、可穿戴设备及其他武器平台上具有广阔应用前景。
四、美国开发出基于忆阻器阵列的三维计算电路
2020年5月，美空军研究实验室与马萨诸塞大学联合研发出一种三维计算电路。其由八层忆阻器阵列构成，采用了全新的电路架构设计，可直接实现深度神经网络功能。八层忆阻器阵列由若干个彼此物理隔离的忆阻器行组构成，每个行组包含八层忆阻器，层与层呈阶梯式交错堆叠搭接，每个忆阻器仅与相邻少量忆阻器共用电极，减少了相关干扰，大幅抑制了“潜在通路”效应，有利于实现大规模忆阻器阵列集成。该三维计算电路计算速度和能效大幅提升，为人工神经网络等先进计算技术，以及神经形态硬件设计提供了新的技术途径。
五、美国演示基于蝗虫的爆炸物探测系统
2020年8月，美国圣路易斯华盛顿大学成功演示基于蝗虫的爆炸物探测系统，标志着美军受控生物体研发取得重大进展。研究人员通过微创手术将包含电极、电生理记录系统、发射器的“电子背包”与沙漠蝗虫大脑连接，借助蝗虫嗅觉感受器神经元和大脑嗅觉中心实现爆炸物嗅探。该系统可在几百毫秒时间内识别爆炸物，且群体探测性能更优。利用该技术可快速、准确、可靠地探测低浓度化学物质，满足国土安全、战场识别、环境监测等需求。
六、以色列研制出Y-闪存器件
2020年1月，以色列理工学院研制出低功耗双端子单层多晶硅浮栅神经形态计算硬件单元——Y-闪存器件，为大规模集成神经形态网络系统研制提供了新的技术路径。该器件采用非对称四层堆叠结构：最底层为硅衬底；第二层是1微米厚N型源极、漏极层；第三层为12纳米厚栅极氧化层；最上层为11纳米厚共用单层多晶硅悬浮栅。Y-闪存能同时实现尖峰时间相关可塑性、矢量矩阵乘法、联想记忆、分类训练等功能，可用于模拟生物系统学习过程，有助于构建更大规模、更低功耗的神经形态计算系统。
七、美国开发出可无损读取的DNA存储系统
2020年6月，美国北卡罗莱纳大学研发出一款DNA数据存储系统，可无损读取或修改DNA存储信息。研究人员通过在DNA双链尾端悬挂一节文件名信息序列，开发出可动态操作、可重用DNA存储系统，无需解开DNA链即可找到特定文件，完成数据读取，避免传统DNA存储系统在查找数据时因打开DNA链而造成的链路损坏。该技术有望实现DNA动态存储，允许用户编辑DNA文件，实现更灵活的运用。
八、韩国开发出石墨烯生物传感器
2020年4月，韩国全北国立大学医学院开发出基于石墨烯的场效应晶体管生物传感器，可在不到1分钟时间内，检测出COVID-19患者鼻咽拭子中的SARS-CoV-2病毒。该生物传感器通过在场效应晶体管石墨烯薄片上涂覆抗SARS-CoV-2刺突蛋白的特异抗体制成，可在磷酸盐缓冲液和100皮克/毫升临床转运介质中检测到浓度为1皮克/毫升的SARS-CoV-2峰值蛋白。与常用的实时反转录-聚合酶链式反应技术相比，该传感器检测病毒时间缩短至1/180，灵敏度提高1～3倍，可为抗疫提供重要支撑。
九、美国推出业界首个芯片自主设计解决方案
2020年3月，美国新思科技公司推出业界首个用于芯片自主设计的人工智能应用程序——DSO.ai™，并赢得2020年全球电子成就奖。该方案利用机器学习来执行大规模搜索任务，自主运行成千上万的探索矢量，在芯片设计的巨大求解空间里搜索优化目标，并自主执行次要决策，调整设计选择、技术参数和工作流程，减轻人员负担。该方案是电子设计的重大突破，将在芯片设计领域掀起新一轮革命。
十、紫外光刻技术取得突破性进展
2020年2月，比利时微电子研究中心与荷兰阿斯麦公司利用NXE:3400B极紫外光刻设备，通过单次曝光实现24纳米节距成像，标志着极紫外光刻技术取得突破性进展。研究人员反复研究了极紫外光刻掩模的效果，采用创新方法补偿不必要的图像失真，并与照明优化相结合，利用NXE:3400B极紫外光刻机，以单次曝光形式在金属氧化物抗蚀剂和化学放大抗蚀剂上实现24纳米节距成像。极紫外光刻系统已成为延续摩尔定律的关键设备。该技术有望用于3纳米技术节点后段金属层工艺中，满足集成电路研发和制造的迫切需求。
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来源 | 国家工业信息安全发展研究中心
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