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国外微系统技术发展概述

在深远的军事战略、技术发展战略和技术经济战略背景

下，微系统和微系统技术承载了军事装备系统发展变革、信

息系统智能化、微电子技术革命性创新的发展使命，并成为

上述三大战略的制高点。

微系统技术从微观角度出发，融合微电子、微光子、

MEMS、架构、算法五大要素，采用新的设计思想、设计方

法、制造方法，在微纳尺度上，通过3D异质/异构集成手段，

可以实现具备信号感知、信号处理、信令执行和赋能等多功

能集成的微型化系统。基础是微电子、光电子、MEMS等先

进芯片技术；核心是体系架构和算法。

图1微系统发展阶段

微系统概念的演进分为四个阶段：第一阶段设立项目，

推动主要类别元器件发展；第二阶段提出微系统，明确集成

化发展趋势；第三阶段明确概念，突出不同器件间的集成；

第四阶段升级概念，凸显平台化意义。

根据微系统的定义，微系统技术主要包括元器件技术、

集成技术、智能软件和架构技术四部分。根据技术前后出现

时间的不同，微系统可划分为“元器件自身技术持续发展”、

“异质和异构集成技术成为主要路径”、“智能化算法和架构

技术提高系统效率”三个阶段。但由于技术自身仍在不断演

进，各个阶段的主要技术处于并行发展态势。

一、国外重点机构微系统技术的发展重点和思路

美国DARPAMTO提出的微系统得到了各国家、各领域

的普遍接受，欧洲和日本受限于技术发展的资金投入，在充

分立足国情的基础上，只在部分领域设立了相应的项目，不

及DARPA的完整和全面。所以，本章在论述的时候，将成

体系地反映美国在微系统各相关技术领域的布局，包括

DARPA和三军中的在研项目，同时真实反映欧洲和日本在

微系统领域谋求突破的重点。

（一）美国微系统技术的发展重点和思路研究

微系统办公室正在引领作为“芯片上平台”的开拓性研

究，目的是为未来国防部的系统装备催生革命性的性能和功

能。微系统的核心功能是传感、处理和执行战场空间的数据

和信令，为美国作战部队提供非对称性优势。

基于多域和跨域的平台要求，微系统从集成微系统到

“片上平台”的演进承载了美军未来军事战略的企业，尤其

是军事战略的新一代技术载体，充分显示出美军“武器平台

芯片化”战略构想和在技术上形成全球绝对优势的战略企

图。

在微系统的发展上，DARPAMTO提出2个“100倍”

目标，即探测能力、带宽、速度比目前的电子系统提高100

倍以上，结构进一步微型化和低功耗化使体积、重量和功耗

比目前的电子系统下降100-1000倍。

图2MTO提出2个“100倍”目标

目前，微系统技术已经发展到集成微系统的阶段，在功

能构成上对应了可重构和自适应两个智能级别。在微电子技

术的发展推动和美军战略需求的牵引下，在集成微系统技术

发展的基础上，片上平台将发展为智能级别最高的微系统，

成为功能集成通用平台，作为智能核心装备各种武器系统。

图3微系统的智能等级

近年来，美国先后组织实施了上百项与先进微系统技术

密切关联的研究开发计划，所涉及的项目全面覆盖了先进电

子元器件和集成电路发展的前沿领域，例如宽禁带半导体技

术、先进微系统技术、电子和光子集成电路、焦点中心研究

计划、自适应焦平面阵列、光纤激光器革命、太赫兹成像焦

平面技术、微机电系统（MEMS）、微型同位素电源等几十项

研究计划。

（二）欧洲微系统技术的发展重点和思路研究

欧洲重点发展微纳电子技术、异质集成工艺技术，高投

入建设射频工艺平台、硅基光电集成工艺平台，非常重视在

硅晶圆上的大规模异质集成化合物功能材料技术的研发投

入。

图4欧洲微系统E-CUBES计划，开展了多项极小型无线传感器3D集成技术的研究

2013年5月，欧盟发布《微纳电子元器件与系统战略》

（下文简称《战略》），指出欧洲不仅