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近日，國家自然科學基金網站發布了《關於發布集成芯片前沿技術科學基礎重大研究計劃2023年度項目指南的通告》。

公告指出，“集成芯片前沿技術科學基礎”重大研究計劃面向國家高性能集成電路的重大战略需求，聚焦集成芯片的重大基礎問題，通過對集成芯片的數學基礎、信息科學關鍵技術和工藝集成物理理論等領域的攻關，促進我國芯片研究水平的提高，爲發展芯片性能提升的新路徑提供基礎理論和技術支撐。

而本重大研究計劃面向集成芯片前沿技術，聚焦在芯粒集成度（數量和種類）大幅提升帶來的全新問題，擬通過集成電路科學與工程、計算機科學、數學、物理、化學和材料等學科深度交叉與融合，探索集成芯片分解、組合和集成的新原理，並從中發展出一條基於自主集成電路工藝提升芯片性能1-2個數量級的新技術路徑，培養一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領域的自主創新能力。

以下爲集成芯片前沿技術科學基礎重大研究計劃2023年度項目指南原文：

“集成芯片前沿技術科學基礎”重大研究計劃面向國家高性能集成電路的重大战略需求，聚焦集成芯片的重大基礎問題，通過對集成芯片的數學基礎、信息科學關鍵技術和工藝集成物理理論等領域的攻關，促進我國芯片研究水平的提高，爲發展芯片性能提升的新路徑提供基礎理論和技術支撐。

一、科學目標

本重大研究計劃面向集成芯片前沿技術，聚焦在芯粒集成度（數量和種類）大幅提升帶來的全新問題，擬通過集成電路科學與工程、計算機科學、數學、物理、化學和材料等學科深度交叉與融合，探索集成芯片分解、組合和集成的新原理，並從中發展出一條基於自主集成電路工藝提升芯片性能1-2個數量級的新技術路徑，培養一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領域的自主創新能力。

二、核心科學問題

本重大研究計劃針對集成芯片在芯粒數量、種類大幅提升後的分解、組合和集成難題，圍繞以下三個核心科學問題展开研究：

（一）芯粒的數學描述和組合優化理論。

探尋集成芯片和芯粒的抽象數學描述方法，構建復雜功能的集成芯片到芯粒的映射、仿真及優化理論。

（二）大規模芯粒並行架構和設計自動化。

探索芯粒集成度大幅提升後的集成芯片設計方法學，研究多芯互連體系結構和電路、布局布线方法等，支撐百芯粒/萬核級規模集成芯片的設計。

（三）芯粒尺度的多物理場耦合機制與界面理論。

明晰三維結構下集成芯片中電-熱-力多物理場的相互耦合機制，構建芯粒尺度的多物理場、多界面耦合的快速、精確的仿真計算方法，支撐3D集成芯片的設計和制造。

三、2023年度資助的研究方向

（一）培育項目。

基於上述科學問題，以總體科學目標爲牽引，2023年度擬圍繞以下研究方向優先資助探索性強、具有原創性思路、提出新技術路徑的申請項目：

1. 芯粒分解組合與可復用設計方法。

研究集成芯片和芯粒的形式化描述，分解-組合理論及建模方法，研究計算/存儲/互連/功率/傳感/射頻等芯粒的可復用設計方法。

2. 多芯粒並行處理與互連架構。

研究面向2.5D/3D集成的高算力、可擴展架構，計算/存儲/通信等芯粒間的互連網絡及容錯機制，多芯異構的編譯工具鏈等。

3. 集成芯片多場仿真與EDA。

研究面向芯粒尺度的電-熱-力耦合多物理場計算方法與快速仿真工具，面向集成芯片的綜合/布局/布线自動化設計工具，集成芯片的可測性設計等。

4. 集成芯片電路設計技術。

研究面向2.5D/3D集成的高速、高能效串行/並行、射頻、硅光接口電路，大功率集成芯片的電源管理電路與系統等。

5. 集成芯片2.5D/3D工藝技術。

研究大尺寸硅基板（Interposer）的制造技術，高密度、高可靠的2.5D/3D集成工藝、材料等，萬瓦級芯片的散熱方法，光電集成封裝工藝等。

（二）重點支持項目。

基於本重大研究計劃的核心科學問題，以總體科學目標爲牽引，2023年擬優先資助前期研究成果積累較好、交叉性強、對總體科學目標有較大貢獻的申請項目：

1．高性能集成芯片容錯互連架構。

研究大規模2.5D/3D集成芯片的容錯互連架構，探索多芯粒集成下可重構互連拓撲和容錯路由機制。互連架構支持百芯粒/萬核級規模下多種互連拓撲動態重構，容錯機制能容忍核故障、芯粒故障、芯粒間互連故障等類型。實現互連架構模擬器並开源。

2. 芯粒形式化描述與仿真器。

研究不同功能芯粒的分解組合的形式化描述和語言，並構建基於上述描述的萬核級集成芯片仿真器，可准確模擬計算、存儲、IO、通信、有源硅基板（Interposer）等不少於20種芯粒行爲，支持10種以上端/邊/雲應用場景的性能評估。實現形式化描述語言仿真器並开源。

3. 支持芯粒間緩存一致性的訪存機制。

研究同構/異構多芯粒系統的緩存一致性機制，探索集成芯片的多級緩存架構、可擴展的存儲管理機制以及基於片上網絡的訪存優化策略。構建芯粒間的緩存一致性訪存行爲級模型，支持256核以上規模的CC-NUMA架構，典型延遲低於100ns，並开源功能驗證模擬器。

4. 面向萬瓦級集成芯片的供電架構與電路。

研究高功率密度集成供電架構和電路，探索面向萬瓦級集成芯片的多級、低損耗供電架構。基於先進封裝技術，實現整體峰值效率大於85%，末級DC-DC芯片電流密度大於1.5A/mm2的高效率、大功率供電電路。

5. 硅基光互連接口電路。

研究硅基光互連接口，探索高帶寬硅光器件、CMOS工藝兼容的收發機電路、異質集成封裝技術，實現單路100Gbps以上速率、帶寬密度不低於100Gbps/mm2、能效優於4pJ/bit的光互連接口芯片。

6. 高能效的芯粒互連並行接口電路。

研究面向2.5D集成芯粒間互連的高能效、高密度並行互連接口電路。探索多速率、多協議兼容的收發機電路架構；寬調諧範圍的時鐘生成與恢復電路；低功耗均衡技術；兼容NRZ/PAM調制模式的互連接口。實現單线最高速率>32Gb/s，最佳能效≤0.7pJ/bit，誤碼率≤1E-12的互連並行接口電路。

7. 大規模芯粒互連的布局布线算法。

研究大規模芯粒互連的快速自動化布局布线算法，探索基於機器學習的信號完整性分析方法，信號完整性驅動的芯粒布局與互連布线算法，帶約束條件的單/多目標的最優化布局布线算法，實現支持百芯粒/十萬互連线級規模、滿足單线速率大於16Gbps的信號完整性要求集成芯片布局布线EDA工具並开源。

8. 2.5D集成互連线的高效電磁場計算方法。

研究集成芯片分層、高密度、寬頻帶互連线的高效電磁場建模方法，探索基於數值路徑變換算法的分層格林函數快速計算方法，網格剖分的自動化與加速計算技術，實現對5層以上金屬互連线工藝、邊緣布线密度不小於300 IO/mm、頻率範圍覆蓋0-16GHz的互連线籤核（Sign-off）級精度快速電磁場仿真器並开源。

9. 超高密度鍵合的基礎理論和界面跨尺度力學模型。

研究堆疊界面的超高密度直接鍵合的基礎理論，探索多場耦合下界面的應力應變本構關系，建立芯粒-晶圓鍵合界面的跨尺度力學模型。實現導電接口陣列對准連通≥4×104個/mm2，支撐在180℃低溫退火工藝下實現機械強度大於1.5 J/m2的高可靠性鍵合。實現高密度鍵合力學仿真工具並开源。

10. 大尺寸硅基板（Interposer）工藝的翹曲模型與應力優化。

研究大尺寸硅基板制造技術，構建晶圓級翹曲模型及應力優化方法，探索高深寬比的TSV、高密度的深溝槽電容等制造工藝的應力效應機制，實現≥2400 mm2的大尺寸硅基板，並示範深溝槽、硅通孔等工藝流程後的12英寸晶圓翹曲值均不超過200m。實現翹曲模型仿真工具並开源。

四、項目遴選的基本原則

（一）緊密圍繞核心科學問題，注重需求及應用背景約束，鼓勵原創性、基礎性和交叉性的前沿探索。

（二）優先資助能夠解決集成芯片領域關鍵技術難題，並具有應用前景的研究項目，要求項目成果在該重大研究計劃框架內开源。

（三）重點支持項目應具有良好的研究基礎和前期積累，對總體科學目標有直接貢獻與支撐。

五、2023年度資助計劃

擬資助培育項目10-20項，直接費用的平均資助強度約爲80萬元/項，資助期限爲3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日-2026年12月31日”；擬資助重點支持項目7-10項，直接費用的平均資助強度約爲300萬元/項，資助期限爲4年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日-2027年12月31日”。

六、申請要求及注意事項

（一）申請條件。

本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：

1. 具有承擔基礎研究課題的經歷；

2. 具有高級專業技術職務（職稱）。

在站博士後研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作爲申請人進行申請。

（二）限項申請規定。

執行《2023年度國家自然科學基金項目指南》“申請規定”中限項申請規定的相關要求。

（三）申請注意事項。

申請人和依托單位應當認真閱讀並執行本項目指南、《2023年度國家自然科學基金項目指南》和《關於2023年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。

1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期爲2023年9月1日－2023年9月7日16時。

（1）申請人應當按照科學基金網絡信息系統中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在线填寫和提交電子申請書及附件材料。

（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，對多學科相關研究進行战略性的方向引導和優勢整合，成爲一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路线和相應的研究經費等。

（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“集成芯片前沿技術科學基礎”，受理代碼選擇T02，並根據申請項目的具體研究內容選擇不超過5個申請代碼。

培育項目和重點支持項目的合作研究單位均不得超過2個。

（4）申請人在申請書“立項依據與研究內容”部分，應當首先說明申請符合本項目指南中的具體資助研究方向(寫明指南中的研究方向序號和相應內容)，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目標的貢獻。

如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

2. 依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2023年9月7日16時前通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，並於9月8日16時前在线提交本單位項目申請清單。

3. 其他注意事項。

（1）爲實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定，項目執行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

（2）爲加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦1次資助項目的年度學術交流會，並將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動。

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