自1958年第一個集成電路問世以來，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的集成電路芯片技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展。集成電路是微電子學(xué)的主要研究對象和代表性產(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、獲取并進行一系列的處理和執(zhí)行。根據(jù)不同的應(yīng)用場景，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元器件構(gòu)成，照相機的成像部分通過電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）或互補金屬氧化物半導(dǎo)體（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）來實現(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，視頻會議和線上溝通成為面對面社交的替代方案，直播和電商購物改變了單一的實體店購物模式，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動類游戲用戶?？梢哉f，集成電路技術(shù)的發(fā)展極大地促進了集成電路應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的擴大。基于集成電路的應(yīng)用豐富了信息獲取的多樣性（聽覺、視覺、觸覺）、信息存儲的綜合性（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)、云計算、人工智能）和信息傳輸?shù)臅r效性與廣域性，開創(chuàng)了全新全面革命的信息時代。

為了實現(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)，晶體管尺寸得以進一步按比例微縮化，同時借助三維（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)時代和人工智能時代的到來，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，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。這些核心光電芯片，配合高速驅(qū)動、讀出、放大和時鐘電路等，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、超級計算機、汽車自動駕駛、家用機器人、電信設(shè)備等大量既提高國家硬實力，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，對提升國家綜合實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)強國普遍對我國實行嚴(yán)厲技術(shù)封鎖和打壓的國際環(huán)境下，實現(xiàn)我國集成電路與光電芯片自立自強，在關(guān)鍵技術(shù)方面重點突破并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(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)計組織統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2021年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模超過5560億美元，同比增長超過26.2%，達到近十年來最大增幅。我國擁有全球最大的半導(dǎo)體產(chǎn)品消費市場，國內(nèi)芯片進口額連續(xù)6年超過2000億美元，2021年集成電路進口額突破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)展推進綱要》，對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，2021年，不包括設(shè)備材料，我國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到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)部開始對我國采取限制出口措施，2018年8月美國“2018財年國防授權(quán)法案”禁止美國政府機構(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)計制造商、供應(yīng)商、電信運營商和金融機構(gòu)陸續(xù)暫停了與進入“管制實體名單”公司的業(yè)務(wù)合作。集成電路與光電芯片確實是各國高科技產(chǎn)業(yè)博弈的重點和焦點，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