集成芯片前沿技術科學基礎重大研究計劃——2025年度項目指南

國科金髮計〔2025〕6號

國家自然科學基金委員會現發佈集成芯片前沿技術科學基礎重大研究計劃2025年度項目指南，請申請人及依託單位按項目指南所述要求和注意事項申請。

國家自然科學基金委員會

2025年1月24日

集成芯片前沿技術科學基礎重大研究計劃

2025年度項目指南

“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戰略需求，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升，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開研究：

（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，構建複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、佈局佈線方法等，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集成芯片的設計和製造。

三、2025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，2025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. 芯粒分解組合與可複用設計方法。

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/射頻等芯粒的可複用設計方法。

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. 集成芯片的自動化設計工具。

研究面向集成芯片的綜合/佈局/佈線自動化設計工具，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/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等。

5. 集成芯片2.5D/3D工藝技術。

研究大尺寸硅基板（Interposer）的製造技術，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，2025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、促進集成芯片開源生態建設的申請項目。鼓勵協同自主製造企業參與申請。

1. 三維供電系統與分配網絡的設計方法

研究基於硅通孔（TSV）、深溝槽電容（DTC）等三維結構的多級供電拓撲，探索多相均流且快速響應的供電控制方法和理論，基於三維工藝實現峰值輸出電流不低於10000A的多相供電系統，開發三維供電分配網絡電源完整性的分析工具，驗證10億節點以上三維供電分配網絡的完整性，動靜態電壓降/噪聲與供電系統實測誤差不超過10mV。分析工具開源。

2. 大規模光子計算芯粒與異質集成架構

研究可重構片上光子計算芯粒，探索基於分佈式衍射-干涉混合光子計算的權重多次讀寫和大規模矩陣分解映射方法，研製高算力、高能效的光算電存集成芯片，實現生成式大模型在光電集成芯片上的推理原型驗證，支持大模型網絡參數規模不低於1億，光電集成系統算力不低於5000 TOPS，能效不低於150 TOPS/W。

3. 太赫茲高通量超構芯粒互連接口

研究太赫茲高通量高集成超構芯粒互連接口，探索基於表面等離激元等新型微結構或新機制的傳輸線模型與多通道傳輸技術，研製芯片電路與微結構融合的超構芯片及其太赫茲高速率超構直接調製/解調電路，實現帶寬≥0.6Tbps/lane，能效≤2pJ/b的芯粒互連接口。

4. 超大尺寸玻璃基板的2.5D集成工藝與可靠性

研究超大尺寸（≥510×515mm2）玻璃基板製造工藝，探索全銅互連下銅-玻璃界面的微觀結合機制、增強界面結合力的工藝方法及其熱/力可靠性失效準則，開發深徑比≥10:1的電鍍玻璃通孔工藝，銅-玻璃界面結合強度≥6 N/cm，驗證16顆以上硅基芯粒的2.5D玻璃基板集成芯片，互連最小線寬/線距≤1μm。

5. 硅基板深槽電容工藝的高介電常數材料

研究兼容硅基板深槽電容工藝的新型高介電常數材料，揭示高介電常數材料多晶相共存的穩定與調控機制，探索晶格適配的電容極板層材料，闡明材料及沉積工藝等因素對深槽電容的擊穿電壓與漏電流的影響機制，實現基於新材料深槽電容的基板（Interposer）原型，電容密度≥2500nF/mm²，擊穿電壓≥2V，漏電流≤1nA/μm²。

6.硅橋芯粒嵌入的硅-有機混合介質基板（Interposer）工藝

研究硅橋芯粒嵌入的硅-有機混合介質基板的製備工藝，闡明模塑材料熱膨脹係數、芯粒間距、硅橋厚度等因素對集成芯片張力和翹曲的制約機制，研製包含局部互連硅橋芯粒/RDL/TIV的混合介質基板，總面積≥3500mm2,通過優化工藝與結構縮小芯粒間距至100μm以下，建立封裝後集成芯片的可靠性分析模型並開源。

（三）集成項目。

1. 異構計算3.5D集成芯片

面向大模型等新應用場景，研究基於2.5D/3D混合（3.5D）的CPU+NPU異構集成芯片的設計方法，探索多層DRAM芯粒與計算芯粒混合鍵合的集成芯片架構、三維堆疊的熱仿真與熱管理優化方法，研製適用於CPU和NPU的有源硅基板（Active Interposer）並在其中驗證2.5D/3D互連接口、垂直供電電路與硅基板佈局佈線工具，實現3.5D異構計算集成芯片原型，集成國產CPU、NPU等4種以上芯粒，異構芯粒總數≥36，總存儲≥1Gb，CPU芯粒性能≥600（SPEC2017INT），智能計算總算力≥200TOPS，三維堆疊界面峰值通信帶寬≥1Tbps，完成集成芯片在具身智能等場景中的應用驗證。

2. 百芯粒級大規模集成芯片

面向下一代超算CPU需求，研究和驗證大規模集成芯片體系架構與基礎關鍵技術。研究分佈式存儲架構、容錯片上網絡架構、芯粒間一致性互連協議和目錄機制，突破百芯粒大尺寸基板設計、供電、散熱等關鍵技術並驗證電-熱-力仿真、基板翹曲模型等工具，構建萬核仿真平臺。流片研製高性能CPU芯粒和IO芯粒， 具有緊耦合張量計算部件能力，計算芯粒中專用浮點運算部件在科學智能場景下利用率不低於30%。芯粒間互連最大帶寬≥800Gbps。實現原型芯片系統，其中主處理器RISC-V SPEC2006分數不低於10分/GHz，芯粒數量不少於100顆，浮點算力高於主流CPU廠商使用超前兩代工藝的芯片。在第一性原理精度分子動力學模擬場景等科學計算領域形成典型示範。

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開源，鼓勵重點和培育項目在申請內容中明確開源指標。

（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，並鼓勵研究機構與企業聯合申請。

五、2025年度資助計劃

擬資助培育項目10項左右，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“2026年1月1日-2028年12月31日”；擬資助重點支持項目6項左右，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“2026年1月1日-2029年12月31日”；擬資助集成項目2項，直接費用的平均資助強度約爲1500萬元，資助期限爲4年，集成項目申請書中研究期限應填寫“2026年1月1日－2029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託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《2025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。

申請人和依託單位應當認真閱讀並執行本項目指南、《2025年度國家自然科學基金項目指南》和《關於2025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2025年3月1日－3月20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問題，對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成爲一個項目集羣。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佈的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線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”、“重點支持項目”或“集成項目”，附註說明選擇“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，集成項目合作研究單位不得超過4個。集成項目主要參與者必須是項目的實際貢獻者，合計人數不超過9人。

（4）申請人在申請書起始部分應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繫。

2. 依託單位應當按照要求完成依託單位承諾、組織申請以及審覈申請材料等工作。在2025年3月20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3月21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）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係。

（2）爲加強項目的學術交流，促進項目羣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。

（四）諮詢方式。

交叉科學部交叉科學二處

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