一、超大规模集成系统与集成电路的研究与设计
集成电路与微电子技术是高技术和信息产业的核心技术。在全球信息产业迅速发展、网络经济迅速兴起、知识经济初见端倪、现代国防和未来战争中尖端技术不断崛起的今天，集成电路比以往任何时候都更显示出其重要的战略地位。
无论电子商务、无线通信还是多媒体技术，其核心都是芯片特别是系统级芯片(SOC)。代表当今世界最高水平的是500万门电路规模，主频500MHz以上的芯片。据专家预计，2000年以后，40％的新设计的芯片将超过100万门，主频超过200MHz，采用0.25微米以下工艺。伴随着不断提升的性能指标,还有不断缩短的Time-to-Market的要求。所有这些给新成长起来的中国电子企业和年轻的不足3000人的中国设计队伍带来的是更大的压力和挑战。
我国是发展中国家，在微电子与集成电路领域虽然做了很大努力，但是仍然落后于发达国家。国家领导清醒地认识到，21世纪对于中国这样一个大国在微电子与集成电路领域进入国际先进水平，从而使中国成为世界强国来说，将是最后的机会。
超大规模集成系统与集成电路的研究与设计从横的方面讲，涉及到电子信息学科的各个领域，具有很强的学科综合性。从纵的方面讲，涉及到系统的行为级设计、结构化描述、以及物理层实现（如下图所示）。本方向拟研究以下主要内容。
●微处理器、嵌入式系统和智能图像处理系统的研究与设计。将研究浮点式RISC微处理器的体系结构、指令系统、器件模型等作为研究的基础，研究设计并形成浮点式RISC微处理器的可复用IP，在嵌入式系统和数字图像处理专用集成电路中获得应用。
●数字、模拟以及数模混合消费类专用集成电路的研究与设计。以视频/音频信号处理的算法为研究的基础，辅之以浮点式RISC微处理器的可复用IP，研究和设计系列数字、模拟以及数模混合消费类专用集成电路。
●通讯用专用集成电路的研究与设计。在深入研究通讯协议的基础上，研究通讯用专用集成电路的新算法，并实现在行为级、结构级以及物理级等不同层次上的仿真、综合与验证。涉及到诸如高速ADC、DAC以及各类通信接口专用芯片等。
申请者正在从事“宽带多媒体通讯网络技术”的研究，在宽带多媒体通讯网络协议、编码/解码单元、机顶盒技术、数字视频广播技术等方面已经积累了一定的研究基础。下一步的研究工作将是在大量软件技术的基础上的硬件化研究。
在上述系统研究工作的基础上，在专用集成电路的设计和仿真方面，申请者现任华中科技大学集成电路设计中心的常务副主任和教育部图像处理与智能控制重点实验室固定研究员。集成电路设计中心拥有30台SUN
Ultra60和Ultra10工程工作站以及2台Sun Enterprise 450
License和数据服务器，配备有Cadence、Synopsis、Avant!
Ambit、Panda2000、Tanner6.0等从电路模拟和基于Verilog
HDL和VHDL语言描述的集成电路设计仿真和综合软件，可完成亚微米电路从电路设计直至LVS全部工作。其它建立的ICEDA系统，配备有Workview
Office 7.4工具以及开发isp-PLD、isp-FPGA的Lattice6.0及ALTERA9.2和Actel
DeskTop的系统工具。这些给集成系统与集成电路的研究与设计提供了良好的物资基础。
二、微电子与微光子材料与器件的研究 充分发掘新型微电子材料如非晶态薄膜半导体材料的器件新概念、研究和发展微光子材料与器件的理论和实验是本方向的研究重点。这两项研究内容，在国际上正处于研究热潮并具前瞻性。对于非晶态薄膜半导体材料与器件而言，新概念器件的提出与深入研究，将是推动非晶态半导体材料、物理与器件的主要动力。而微光子材料与器件的理论与实验的开展，将为全光集成技术与系统打下基础。涉及的主要内容有：
●阵列型非晶硅半导体器件的新概念及其理论与实验研究。例如，在图像信息的处理中引入光学神经网络硬件单元如光学权矩阵网络将对图像信息的处理产生极大的影响。我们发现，以往的图像信息处理如目标识别、边缘特征处理等，在图像信息的输入方式上没有权矩阵网络或者说权矩阵为单位矩阵，这无疑将会大大影响图像处理的处理速度和系统的灵活性。因此，研究新型的网膜型非晶硅神经突触以提供和产生一种图像信息输入的自适应可变权矩阵就显得非常必要，是具有较大科学意义的前沿性研究。这种网膜型非晶硅神经突触，将会使图像信息处理系统更具灵活性和适应性。其中，基于生物视网膜特征对半导体光电侧抑制网络的机理、构成和实现，以及对从二维网膜光电信息到三维图像理解的逆向光学法则等所开展的研究，对研究和发展基于各类不同功能材料构筑不同集成化侧抑制器件有很大的开拓和指导意义。同时在应用上，这类器件的研究和实现，在高技术局部战争等军事领域乃至商业领域如图像目标识别、计算机视觉等高科技领域有广泛的应用前景。薄膜半导体材料的特点为这类阵列型半导体器件提供了实现上的可能。将主要研究PIN器件与MOS器件的阵列化集成技术，并深入研究上述材料与器件物理及实现技术。
●周期和准周期光子带隙材料与器件的理论与实验研究。光子优越于电子的特征是众所周知的。其高速的传输、极高的带宽以及光子之间的极弱的相互作用性是我们实现高速、宽带、低功耗光通讯和光计算的基础。全光子器件乃至全光学互连和全光学系统在未来的实现，将极大地改变我们所处的社会和环境。如利用光子带隙材料制备的光子带隙光纤，其导波模式表现出高度的色散性而且仅存于即窄的波长范围之内，由白光照射的这类光纤可传输强彩色、高对称的图象模式等。周期和准周期结构光子带隙材料的研究，体现了一种全新的努力去控制光学介质中特定频率和入射角的光的传播。由不同介电特性的材料按不同的构建规则形成的特殊材料构型，将可实现材料结构对光子输运的操纵，这完全等同子电子材料结构对电子输运的控制。与以往常规的光电子材料与器件的研究相比，光子带隙材料提供给我们的是一个全新的研究视野，其结构的人工构建特征给了我们充分利用微制造技术于材料设计与制造领域的极大灵活性，也显然是实现全光学器件并进而实现光子器件的全光学互连的一种新的思路和新的途径。其科学价值和科学技术意义是极为明显的。该研究内容将从建立光子与电子类比的理论基础为出发点，在建立光子带隙材料的理论模型的基础上，研究光子带隙理论以及基于此的器件概念，研究器件物理及其实现技术。学互连的一种新的思路和新的途径。其科学价值和科学技术意义是极为明显的。该研究内容将从建立光子与电子类比的理论基础为出发点，在建立光子带隙材料的理论模型的基础上，研究光子带隙理论以及基于此的器件概念，研究器件物理及其实现技术。
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