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1、集成芯片前沿技术科学基础专家组中国计算机学会集成电路专业委员会中国计算机学会容错计算专业委员会2023 年 10 月2023集成芯片与芯粒技术白皮书在本白皮书的编写过程中，国内多位集成芯片和芯粒领域专家参与了讨论和编写，他们的专业知识和科学洞察对于白皮书的形成和定稿起到了重要作用。在此，对参与本白皮书编写工作的所有同仁表达由衷感谢。说 明：本白皮书基于“集成芯片前沿技术科学基础”专家组组织的多次讨论内容，由秘书组全体成员共同整理和编写而成。在编写过程中，为了更全面地呈现本领域相关技术，编写组增加了部分技术调研内容和趋势判断分析。集成芯片作为一个新兴领域，其涉及的概念和技术仍处于不断发展之中，我

2、们也意识到本白皮书中可能存在内容阐述不够充分、不够系统的问题，也诚恳欢迎提出宝贵建议。联系人：韩银和（中国科学院计算技术研究所），秘书组组长邮 箱：2023集成芯片与芯粒技术白皮书致 谢目 录Contents 01 前言 011.1 背景 1.2 本白皮书的意义 02 集成芯片的内涵 03 2.1 集成芯片与芯粒的定义 2.2 集成芯片是集成电路性能提升的第三条路径 2.3 集成芯片将引导集成电路设计的新范式 2.4 集成芯片的现状和趋势 03 集成芯片的架构与电路设计 093.1 从集成芯片到芯粒:分解与组合的难题3.2 芯粒间互连网络 3.3 多芯粒系统的存储架构 3.4 芯粒互连的接口协

3、议 3.5 芯粒间的高速接口电路 3.6 集成芯片大功率供电电路 04 集成芯片 EDA 和多物理场仿真 194.1 集成芯片对自动化设计方法与 EDA 工具的新需求 4.2 芯粒间互连线的电磁场仿真与版图自动化4.3 芯粒尺度的电热力多场耦合仿真 4.4 集成芯片的可测性和测试 05 集成芯片的工艺原理 245.1 RDL/硅基板(INTERPOSER)制造工艺 5.2 高密度凸点键合和集成工艺 5.3 基于半导体精密制造的散热工艺 06 白皮书观点:集成芯片的挑战与机遇 286.1 从堆叠法到构造法的集成芯片，是符合我国国情和产业现状的一条现实发展道路 6.2 集成芯片的三大科学问题与十大

4、技术难题 07 参考文献 3101 02 03 04 06 07 0911 13 15 16 17 19 2021 2224 25 26 28 292023集成芯片与芯粒技术白皮书1.1 背景集成电路是现代信息技术的产业核心和基础。随着信息技术的不断发展，人工智能、自动驾驶、云计算等应用通常要分析和处理海量数据，这对计算装置的算力提出了全新的要求。例如，在人工智能领域，人工智能大模型的算力需求在以每 3-4 个月翻倍的速度增长。然而，集成电路设计遇到“功耗墙”、“存储墙”、“面积墙”，传统集成电路尺寸微缩的技术途径难以推动算力持续增长。另一方面，在“万物智能”和“万物互联”的背景下，产业应用呈

5、现出“碎片化”特点，需要探索新的芯片与系统的设计方法学，满足应用对芯片敏捷设计的要求。在这样的背景下，需要一种新的技术途径，可以进一步突破芯片算力极限、降低芯片设计复杂度。集成芯片是芯粒级半导体制造集成技术，通过半导体技术将若干芯粒集成在一起，形成新的高性能、功能丰富的芯片。通过芯粒的复用和组合，可快速满足多种多样的应用需求，带来芯片设计、制造、下游需求等全产业链的变革。对于我国而言，集成芯片技术对于集成电路产业具有更加重要意义。由于我国在集成电路产业的一些先进装备、材料、EDA 以及成套工艺等方面被限制，导致我国短期内难以持续发展尺寸微缩的技术路线。集成芯片技术提供了一条利用自主集成电路工艺

6、研制跨越 1-2 个工艺节点性能的高端芯片技术路线。同时，我国集成电路产业具有庞大市场规模优势，基于现有工艺制程发展集成芯片技术可以满足中短期的基本需求，并可借助大规模的市场需求刺激集成芯片技术的快速进步，走出我国集成电路产业发展特色，并带动尺寸微缩路径和新原理器件路径的共同发展。本技术白皮书邀请了集成芯片与芯粒领域的优势研究力量，详实分析了集成芯片的技术途径和国内外发展现状，总结了我国在集成芯片领域的基础优势和面临的挑战，希望能够为技术规划、技术攻关、产业政策等提供参考。在撰写过程中，有很多未尽之处和编委们的知识所限，也请批评指正。2023集成芯片与芯粒技术白皮书PART ONE01前 言