自1958年第一個(gè)集成電路問世以來，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的集成電路芯片技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。集成電路是微電子學(xué)的主要研究對(duì)象和代表性產(chǎn)品，以集成電路為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。集成電路元器件組成的功能芯片可以將外界信息按照指令需求采集、獲取并進(jìn)行一系列的處理和執(zhí)行。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，人們可以選擇不同的元器件集成組裝成各種應(yīng)用設(shè)備，如用于快速讀存信息的固態(tài)硬盤主要由非易失性存儲(chǔ)元器件構(gòu)成，照相機(jī)的成像部分通過電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）來實(shí)現(xiàn)圖像傳感等。面向不同應(yīng)用的半導(dǎo)體元器件構(gòu)成的集成電路芯片在過去幾十年的發(fā)展歷程中完全改變了人類的生活方式。信息交互、貨幣流通、醫(yī)療娛樂等逐漸從20世紀(jì)的實(shí)體方式轉(zhuǎn)變成更加虛擬和數(shù)字化的方式。由于新冠疫情的暴發(fā)，公共衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)升高，視頻會(huì)議和線上溝通成為面對(duì)面社交的替代方案，直播和電商購物改變了單一的實(shí)體店購物模式，線上問診和虛擬游戲逐漸分流了一大部分的面診患者和肢體運(yùn)動(dòng)類游戲用戶。可以說，集成電路技術(shù)的發(fā)展極大地促進(jìn)了集成電路應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大?；诩呻娐返膽?yīng)用豐富了信息獲取的多樣性（聽覺、視覺、觸覺）、信息存儲(chǔ)的綜合性（文字、數(shù)據(jù)、圖像、音頻、視頻）、信息處理的復(fù)雜性（大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能）和信息傳輸?shù)臅r(shí)效性與廣域性，開創(chuàng)了全新全面革命的信息時(shí)代。

為了實(shí)現(xiàn)速度更快、能耗更低、應(yīng)用更廣的芯片功能，在過去的幾十年里，產(chǎn)業(yè)界一直通過晶體管微縮化來完成這一技術(shù)目標(biāo)。然而，隨著集成電路特征尺寸逼近工藝和物理極限，一方面，人們依然沿用以往的技術(shù)路線，通過引入極紫外光刻等尖端技術(shù)，晶體管尺寸得以進(jìn)一步按比例微縮化，同時(shí)借助三維（3D）集成等技術(shù)繼續(xù)提升集成電路芯片算力；另一方面，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代和人工智能時(shí)代的到來，人們也開始探索能夠滿足更高算力、更低能耗需求的新型架構(gòu)和工藝技術(shù)。為滿足大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)而產(chǎn)生的非馮·諾依曼架構(gòu)芯片、人工智能產(chǎn)業(yè)催生的類腦芯片以及完全顛覆比特概念的量子超算芯片等技術(shù)成為集成電路發(fā)展的新方向。同時(shí)，光電芯片經(jīng)過長期的技術(shù)積累也已經(jīng)開始在信息產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用，尤其是通信產(chǎn)業(yè)中的光通信芯片已經(jīng)成為極其重要且不可或缺的部分。光電芯片的核心技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)化能力，即半導(dǎo)體材料可以通過吸收光子而產(chǎn)生電子，也可以通過電子的湮滅而發(fā)射光子。相比純電子芯片，以硅基光電芯片、Ⅲ - Ⅴ族半導(dǎo)體光電芯片及柔性光電芯片為代表的光電芯片在信息處理、光學(xué)傳感和顯示方面具有傳輸處理速度更快、更為靈敏和功耗更低等顯著優(yōu)點(diǎn)。這些核心光電芯片，配合高速驅(qū)動(dòng)、讀出、放大和時(shí)鐘電路等，通過高精度、高可靠性的光電耦合封裝技術(shù)，形成功能模塊或子系統(tǒng)，應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算機(jī)、汽車自動(dòng)駕駛、家用機(jī)器人、電信設(shè)備等大量既提高國家硬實(shí)力，又顛覆性地改變?nèi)藗兩畹拿裼妙I(lǐng)域，并最終形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。為了滿足信息技術(shù)向大容量、低功耗、集成化與智能化方向發(fā)展的新需求，多功能材料體系異質(zhì)集成、光電融合集成和多維度 / 多參量 / 多功能 / 高效率調(diào)控及可重構(gòu)成為光電芯片發(fā)展的主流方向。

集成電路與光電芯片技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)的基石，對(duì)提升國家綜合實(shí)力和保障國家安全具有極為重要的戰(zhàn)略意義。在信息技術(shù)強(qiáng)國普遍對(duì)我國實(shí)行嚴(yán)厲技術(shù)封鎖和打壓的國際環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)我國集成電路與光電芯片自立自強(qiáng)，在關(guān)鍵技術(shù)方面重點(diǎn)突破并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)集成電路產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展是我國當(dāng)前的重大戰(zhàn)略需求。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2021年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模超過5560億美元，同比增長超過26.2%，達(dá)到近十年來最大增幅。我國擁有全球最大的半導(dǎo)體產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)，國內(nèi)芯片進(jìn)口額連續(xù)6年超過2000億美元，2021年集成電路進(jìn)口額突破4000億美元，同比增長23.6%（WSTS，2021）。2014年，工信部發(fā)布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，對(duì)我國高端集成電路技術(shù)發(fā)展目標(biāo)做了明確部署。近些年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。賽迪智庫集成電路研究所統(tǒng)計(jì)，2021年，不包括設(shè)備材料，我國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到9666億元。集成電路出口方面，由于全球產(chǎn)能緊缺，加上我國若干新建產(chǎn)線投產(chǎn)，2021年我國集成電路出口額超過1500億美元。但是，從技術(shù)上來講，我國面臨的形勢(shì)是復(fù)雜和嚴(yán)峻的。我國高端半導(dǎo)體器件、集成電路與光電芯片的進(jìn)口量仍然很大，自主研發(fā)的微電子、光電子器件和芯片核心技術(shù)積累仍顯不足。在目前技術(shù)封鎖的國際形勢(shì)下，我國在集成電路芯片和光電芯片技術(shù)方面的滯后已經(jīng)影響到我國部分產(chǎn)業(yè)的安全。2015年3月美國商務(wù)部開始對(duì)我國采取限制出口措施，2018年8月美國“2018財(cái)年國防授權(quán)法案”禁止美國政府機(jī)構(gòu)和承包商使用我國的某些技術(shù)，2019年5月美國商務(wù)部將我國部分公司列入“管制實(shí)體名單”，禁止美國企業(yè)向這些公司出售相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品；之后國外集成電路芯片設(shè)計(jì)制造商、供應(yīng)商、電信運(yùn)營商和金融機(jī)構(gòu)陸續(xù)暫停了與進(jìn)入“管制實(shí)體名單”公司的業(yè)務(wù)合作。集成電路與光電芯片確實(shí)是各國高科技產(chǎn)業(yè)博弈的重點(diǎn)和焦點(diǎn)，也是高新技術(shù)的核心和關(guān)鍵。未來集成電路與光電芯片的發(fā)展將直接決定我國的經(jīng)濟(jì)命脈，只有掌握集成電路與光電芯片領(lǐng)域的一系列核心技術(shù)，迅速提升半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)品的自主研發(fā)和生產(chǎn)能力，才能擺脫我國高端器件和芯片受制于人的局面。

來源：科學(xué)人文在線