關(guān)于發(fā)布集成芯片前沿技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)重大研究計劃2024年度項目指南的通告

國科金發(fā)計〔2024〕135號

國家自然科學(xué)基金委員會現(xiàn)發(fā)布集成芯片前沿技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)重大研究計劃2024年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。 

國家自然科學(xué)基金委員會

2024年4月30日

集成芯片前沿技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)重大研究計劃2024年度項目指南

“集成芯片前沿技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)”重大研究計劃面向國家高性能集成電路的重大戰(zhàn)略需求，聚焦集成芯片的重大基礎(chǔ)問題，通過對集成芯片的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、信息科學(xué)關(guān)鍵技術(shù)和工藝集成物理理論等領(lǐng)域的攻關(guān)，促進我國芯片研究水平的提升，為發(fā)展芯片性能提升的新路徑提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)支撐。 

一、科學(xué)目標(biāo) 

本重大研究計劃面向集成芯片前沿技術(shù)，聚焦在芯粒集成度（數(shù)量和種類）大幅提升帶來的全新問題，擬通過集成電路科學(xué)與工程、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和材料等學(xué)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，并從中發(fā)展出一條基于自主集成電路工藝提升芯片性能1-2個數(shù)量級的新技術(shù)路徑，培養(yǎng)一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力。 

二、核心科學(xué)問題 

本重大研究計劃針對集成芯片在芯粒數(shù)量、種類大幅提升后的分解、組合和集成難題，圍繞以下三個核心科學(xué)問題展開研究：

（一）芯粒的數(shù)學(xué)描述和組合優(yōu)化理論。

探尋集成芯片和芯粒的抽象數(shù)學(xué)描述方法，構(gòu)建復(fù)雜功能的集成芯片到芯粒的映射、仿真及優(yōu)化理論。

（二）大規(guī)模芯粒并行架構(gòu)和設(shè)計自動化。

探索芯粒集成度大幅提升后的集成芯片設(shè)計方法學(xué)，研究多芯互連體系結(jié)構(gòu)和電路、布局布線方法等，支撐百芯粒/萬核級規(guī)模集成芯片的設(shè)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(jié)構(gòu)下集成芯片中電-熱-力多物理場的相互耦合機制，構(gòu)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(shè)計和制造。 

三、2024年度資助的研究方向 

（一）培育項目。

基于上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2024年度擬圍繞以下研究方向優(yōu)先資助探索性強、具有原創(chuàng)性思路、提出新技術(shù)路徑的申請項目：

1. 芯粒分解組合與可復(fù)用設(shè)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(fù)用設(shè)計方法。

2. 多芯粒并行處理與互連架構(gòu)。

研究面向2.5D/3D集成的高算力、可擴展架構(gòu)，計算/存儲/通信等芯粒間的互連網(wǎng)絡(luò)及容錯機制，多芯異構(gòu)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/布線自動化設(shè)計工具，集成芯片的可測性設(shè)計等。

4. 集成芯片電路設(shè)計技術(shù)。

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

5. 集成芯片2.5D/3D工藝技術(shù)。

研究大尺寸硅基板（Interposer）的制造技術(shù)，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。

基于本重大研究計劃的核心科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2024年擬優(yōu)先資助前期研究成果積累較好、交叉性強、對總體科學(xué)目標(biāo)有較大貢獻的申請項目： 

1．緩存一致性與存儲系統(tǒng)。

研究異構(gòu)多芯粒系統(tǒng)的緩存一致性機制，探索集成芯片的多級緩存架構(gòu)、可擴展的存儲管理機制以及基于片上網(wǎng)絡(luò)的訪存優(yōu)化策略與服務(wù)質(zhì)量（QoS）優(yōu)化機制。構(gòu)建芯粒間的緩存一致性訪存行為級模型，支持≥2種異構(gòu)芯粒（CPU、GPU等）間的緩存一致性，CPU總核數(shù)≥256，≥7種緩存行的穩(wěn)定狀態(tài)，典型延遲＜200個周期，并開源功能驗證模擬器。

2. 芯粒分解和組合優(yōu)化方法。

針對端-邊-云等計算場景，研究芯粒分解和組合優(yōu)化理論，探索芯粒的函數(shù)化表示方式，建立復(fù)雜應(yīng)用到芯粒的映射，研究映射的穩(wěn)定性和魯棒性理論，形成完備芯粒庫構(gòu)造方法。相比定制化設(shè)計性能損失小于20%，芯粒間功能冗余度不超過20%，形成分解組合工具并開源。 

3. 多光罩集成芯片的布局布線方法。

以最小化硅基板制造光罩層數(shù)、跨光罩互連數(shù)等為目標(biāo)，研究多光罩集成芯片的自動化布局布線方法，探索TSV/互連線/深槽電容工藝與設(shè)計協(xié)同優(yōu)化方法，實現(xiàn)支持≥4倍光罩面積尺寸，百芯粒量級總互連線數(shù)≥105的集成芯片布局布線EDA工具并開源。 

4. 集成芯片的可測試性設(shè)計方法。

研究高可測試性、即插即用和低開銷的集成芯片測試總線架構(gòu)，突破因可觀測引腳受限導(dǎo)致的瓶頸，探索集成芯片的層次化測試調(diào)度和故障診斷等技術(shù)，實現(xiàn)可測試性設(shè)計EDA工具并開源，互連故障覆蓋率≥99%，測試架構(gòu)硬件開銷≤5%。 

5. 高能效的芯粒互連單端并行接口電路。

研究高能效、高密度的2.5D并行互連接口電路技術(shù)。探索高能效收發(fā)機電路、寬調(diào)諧范圍的時鐘生成電路；面向多種互連標(biāo)準(zhǔn)、不同信道，研究信號編碼、均衡電路的可重構(gòu)技術(shù)；研究極低發(fā)射電壓擺幅下的抗噪聲技術(shù)。實現(xiàn)單線最高速率≥32Gb/s，最佳能效≤0.5pJ/bit，兼容NRZ/PAM的互連并行接口電路，并開源仿真模型。 

6. 面向芯粒尺度的多場仿真算法與求解器。

研究面向芯粒集成工藝的電-熱-力耦合模型，探索集成芯片關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、材料與界面的多物理場模擬數(shù)值方法，實現(xiàn)計算網(wǎng)格自動剖分，開發(fā)跨尺度的多場仿真求解器并開源，計算精度和實驗結(jié)果誤差范圍小于10%。 

7. 大尺寸硅基板制造技術(shù)及翹曲模型和應(yīng)力優(yōu)化。

研究大尺寸硅基板（Interposer）制造技術(shù)，構(gòu)建晶圓級翹曲模型及應(yīng)力優(yōu)化方法，探索高密度、高深寬比的硅通孔（TSV）、深溝槽電容（DTC）等制造工藝的應(yīng)力效應(yīng)機制，實現(xiàn)≥4倍光罩面積尺寸的硅基板制備，并實現(xiàn)深溝槽電容、硅通孔等工藝流程后的12英寸晶圓翹曲值不超過200μm。建立晶圓級翹曲分析及預(yù)測模型，開發(fā)應(yīng)力優(yōu)化仿真工具并開源。

 8. 三維集成高效散熱材料與結(jié)構(gòu)。

探索多熱點強耦合狀態(tài)下的熱分布特征與高效熱輸運機制，異質(zhì)散熱新材料集成與界面熱輸運調(diào)控方法，微通道散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強化換熱方法。面向萬瓦級3D集成芯片系統(tǒng)，實現(xiàn)芯粒3D堆疊單模塊功率≥2000W，層數(shù)≥3層，最高熱流密度≥1000W/cm2。完成多尺度熱點預(yù)測與熱分布仿真工具、高效熱管理設(shè)計工具并開源。 

（三）集成項目。

本年度擬遴選具有重大應(yīng)用價值和良好研究基礎(chǔ)的研究方向進行集成資助，具體研究方向如下：

1．異構(gòu)計算三維集成芯片。

研究三維集成芯片的跨層次協(xié)同設(shè)計方法，探索異構(gòu)芯粒的模塊化組合與優(yōu)化方法，驗證垂直供電架構(gòu)與電路、硅基板自動化布局布線、高密度芯粒-晶圓鍵合等關(guān)鍵技術(shù)。研制可重用有源硅基板（Active Interposer），三維堆疊界面峰值通信帶寬≥1Tbps。實現(xiàn)異構(gòu)計算三維集成芯片原型，至少包含CPU、存儲、存算等4種以上芯粒，異構(gòu)芯粒總數(shù)≥16，總存儲≥512Mb，總算力≥100TOPS，在自主工藝上實現(xiàn)異構(gòu)計算能效高于同算力10nm以下GPU/NPU芯片水平。完成集成芯片在智能機器人、邊緣計算等場景中的應(yīng)用驗證。 

四、項目遴選的基本原則

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

（二）優(yōu)先資助能夠解決集成芯片領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)難題，并具有應(yīng)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(nèi)開源。

（三）重點支持項目應(yīng)具有良好的研究基礎(chǔ)和前期積累，對總體科學(xué)目標(biāo)有直接貢獻與支撐，并鼓勵研究機構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合申請。 

五、2024年度資助計劃

擬資助培育項目15項左右，直接費用的平均資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”；擬資助重點支持項目8項左右，直接費用的平均資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日-2028年12月31日”；擬資助集成項目1項，直接費用的平均資助強度約為1500萬元，資助期限為4年，集成項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日－2028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(yīng)當(dāng)具備以下條件：

1. 具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；

2. 具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）。

在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)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為申請人進行申請。 

（二）限項申請規(guī)定。

執(zhí)行《2024年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。 

（三）申請注意事項。

申請人和依托單位應(yīng)當(dāng)認真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2024年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2024年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。

1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2024年5月30日－2024年6月5日16時。 

（1）申請人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線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(xué)問題，對多學(xué)科相關(guān)研究進行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的具體科學(xué)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(xué)目標(biāo)、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)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”“重點支持項目”或“集成項目”，附注說明選擇“集成芯片前沿技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)”，受理代碼選擇T02，并根據(jù)申請項目的具體研究內(nèi)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，集成項目合作研究單位不得超過4個。 

（4）申請人在申請書起始部分應(yīng)明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向（寫明指南中的研究方向序號和相應(yīng)內(nèi)容），以及對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)本重大研究計劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻。 

如果申請人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目，應(yīng)當(dāng)在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。

2. 依托單位應(yīng)當(dāng)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2024年6月5日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于6月6日16時前在線提交本單位項目申請清單。 

3. 其他注意事項。

（1）為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項目負責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。 

（2）為加強項目的學(xué)術(shù)交流，促進項目群的形成和多學(xué)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(xué)術(shù)交流會，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動。 

（四）咨詢方式?！?/strong>