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2019年，科技競爭態勢更趨激烈，信息化、數字化、智能化、網絡化技術基礎日漸夯實，武器裝備對高性能、深集成、低功耗、高可靠的元器件需求急迫。本年度基礎電子元件器件領域發展迅速，出現了許多重大變革和突破，各國紛紛開展有針對性的戰略布局，搶占技術高地與先機；諸多新材料和新器件涌現，朝著更小工藝制程、多功能異質集成方向發展，延續摩爾、超越摩爾以及綜合發展進入新階段；5G通信、人工智能等需求牽引更加強勁，應用領域與市場進一步擴大。 01、DARPA舉辦第二屆“電子復興”計劃年度峰會 
2019年7月15日至17日，DARPA在美國底特律召開第二屆“電子復興”計劃年度峰會，主要內容包括三個部分：項目成果展示、探討投資領域、指導后續合作。本次峰會對目前開展的研究成果進行展示，還對“電子設備智能設計”（IDEA）和“高端開源硬件”（POSH）項目進行現場演示。通過本次峰會為那些初次與DARPA合作或有興趣將DARPA資助的研發成果進行技術轉化并應用到商業領域的與會者提供指導，重點關注領域包括加強商業硬件安全性、用于分布式機器智能的節能計算、設計和驗證分布式系統的新方法、異構集成所面臨的挑戰等。02、Cerebras Systems公司推出最大運算芯片 
2019年8月20日，美國CerebrasSystems公司推出擁有1.2萬億個晶體管、專門面向AI任務的史上最大運算芯片——Cerebras Wafer ScaleEngine（簡稱WSE）。該芯片由臺積電代工，使用16 nm工藝制造，芯片尺寸達到了46225 平方毫米，比當前最大的GPU核心要大56倍，使用了處理器間通信結構，實現高帶寬和低延遲的突破。通過加速深度學習計算，WSE將模型訓練時間從幾個月縮短到幾分鐘，從幾周縮短到幾秒。Cerebras Systems公司憑借其晶圓級技術實現了巨大的飛躍，在單片硅上實現了更多的處理性能：實現了裸片之間的連接、設計了專門為神經網絡原語優化的核心、在內存架構上針對深度學習進行了專門的優化。
2019年8月，美國麻省理工學院工程師使用標準工藝流程設計和制造出首顆完全由碳納米晶體管構成的微處理器，包含14000多個碳納米管（CNT）晶體管，能在16位數據和地址上運行標準的32位指令，預計將比現在的硅基數字系統的能量效率提升一個數量級。利用這種技術有望制成商業化的碳納米管（CNT）芯片，使其具備如今前沿硅晶體管所擁有的高性能，并維持較低的設計和制造成本。碳納米管16位微處理器芯片取得的重大突破，標志其實用化邁出了一大步，有望帶來下一代計算機跳躍發展，并對整個電子技術產生重大影響。04、宇航級FPGA成功應用于NASA太陽探測項目 2019年9月1日，NASA“帕克號”太陽探測器成功完成第三次近距離飛越探測太陽的活動。此次航行過程中，為抵抗復雜宇航環境中的溫差、單粒子效應等問題，該探測器搭載了多款Microsemi公司RTAX4000系列抗輻射宇航級FPGA芯片。該系列芯片集成了抗單粒子翻轉（SEU）、外加三重冗余保護的寄存器，可以使SEU發生的概率降低到1×10-10錯誤/位/天。其專門的EDAC工具能發現和修正SRAM上發生的位翻轉，即使SRAM自帶的錯誤檢測和校正電路發生故障，這些SEU也能被發現并及時修正，不需要人工干預，也不產生額外成本，更不會影響設計時間。05、美國空軍與BAE系統公司聯合展開新半導體計劃 
2019年10月，美國空軍研究實驗室與BAE系統公司開展合作啟動新半導體計劃，共同開發下一代短柵氮化鎵（GaN）半導體技術，該技術對雷達、通信、電子戰等武器裝備的性能提升至關重要。該技術研發目前處于第二階段，旨在將140納米氮化鎵單片微波集成電路工藝擴展至6英寸晶圓上，并提高制造成熟度和穩定性，包括器件性能的優化、保證晶圓的良品率等。本階段結束后，這項技術將被廣泛應用到武器裝備、工業制造各個領域。
2019年10月24日，谷歌在《自然》上發表論文稱開發出一款54 量子比特數的量子芯片，名為 Sycamore，由鋁、銦、硅晶片和超導體（約瑟夫森結）等材料組成。該芯片中每個量子比特和臨近的4個量子比特耦合，實際執行運算的只有53個量子比特和 86個耦合器，剩下的1個量子比特無法正常工作。通過一系列實驗和計算，谷歌研究人員開發了一套高保真度的糾錯流程，進而對芯片展開測試，最終得出結論，同樣是對一個量子電路產生的隨機數字采樣100萬次，Sycamore芯片支持的量子計算機只需要200秒，同時維持很低的誤差率，而世界最強超算Summit需要1萬年。
2019年10月，據報道，歐盟“地平線2020計劃”資助的TERIPHIC項目正在開發一種超高速互聯網，傳輸速度可達到1.6太比特每秒，將為高速數據傳輸創造新突破。TERIPHIC項目由希臘、意大利、以色列和德國等多國科研機構共同推動，旨在為工業界開發高速通信設施。同時，超高速互聯網將利用高性能光收發器，可使每秒傳輸1吉比特數據的能耗降低50%，成本降低到0.3歐元。預計，TERIPHIC項目將于2021年12月完成。08、美國伍斯特理工學院發現英特爾和意法半導體芯片中的漏洞，全球數十億計算機芯片受波及 
2019年11月12日，據報道，美國伍斯特理工學院安全研究人員發現英特爾和意法半導體公司制造的部分系列芯片存在嚴重安全漏洞，全球數十億計算機芯片受影響。研究人員表示漏洞源于芯片中的可信平臺模塊（TPM）固件，黑客可通過側通道攻擊竊取保留在芯片中的加密密鑰，獲得文件訪問權限。英特爾公司2013年后推出的i3、i5、i7系列芯片及意法半導體公司ST33系列芯片均受到波及。目前，研究人員已與英特爾和意法半導體公司展開合作，共同開發程序補丁。 09、臺積電3nm芯片制程工藝進展順利，2nm將于2024年量產 2019年12月9日，臺積電表示其3納米芯片制程工藝開發進展順利，將于2022年開始規模量產。3納米芯片制程工藝將大幅改進晶體管結構，并帶來生產設備的大規模更新。對于臺積電來說，目前其7納米工藝已經產能滿載，5納米工藝順利完成“風險量產”，良率超過50%，將在2020年第一季度量產，芯片密度較目前7納米提高80％，指令周期可提升20％。此外，臺積電還表示，其2納米工藝正處于技術規劃階段，預計將于2024年實現量產。10、美國普渡大學開發出新型鐵電場效應晶體管，可用于構建同時處理和儲存信息的芯片 
2019年12月，美國普渡大學成功開發出新型鐵電場效應晶體管，可用于構建同時處理和儲存信息的單個芯片器件。此前，由于鐵電材料和硅材料的性質沖突，科學家無法在單個芯片中同時實現計算和存儲。普渡大學研究人員在鐵電材料中加入α-硒化銦，解決了常規鐵電材料中“帶隙”引起的絕緣問題，從而構建起材料的半導體特性，制成鐵電場效應晶體管。由該材料制成的該鐵電場效應晶體管用于構建“鐵電存儲器”，可在單個芯片中實現數據的存儲和處理，從而大幅提升計算效率。
未來幾年制造工藝將進一步下探，有望達到1納米；5G將成為半導體技術的重要成長推手，低成本硅基氮化鎵材料、硅基光電集成前景看好，寬禁帶半導體發展潛力巨大。應用于軍事領域的基礎元器件將向智能化、集成化、網絡化、低功耗、耐惡劣環境等方向發展，為無人化、數字化、網絡化的未來戰爭提供強大的技術支撐和保障。全新器件、材料、架構和應用將由原理性技術研究到驗證轉變，如自旋電子器件、石墨烯、碳納米管以及模擬神經網絡的新型芯片架構、生物器件、DNA存儲、新集成技術等，使得基礎元器件發展擺脫傳統的模式和局限，改變一直以來“依靠器件微型化提升芯片性能”的固定范式，獲得更大的發展空間。作者：中國電科戰略情報團隊
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