经过近 50 年的发展，传统的存储技术包括 SRAM，DRAM 及Flash 已经成为集成电路领域产值最大的芯片类别。其中 SRAM 主要用于存储计算中的热数据，其优点是速度快，但是容量特别低并且功耗比较高；DRAM 主要用于存储计算中的温数据，其优点是兼具速度及容量的优势，但是因为其掉电挥发的特性需要持续刷新造成功耗比较高； Flash 主要用于存储冷数据，其优点兼具了超大容量及掉电不挥发的特性，然而其主要问题是速度较慢且驱动电压较高。由于传统的存储技术无法实现数据高速访问与数据非易失存储的结合，造成现有计算存储架构分级体系复杂，能效较低；运算单元与存储器之间速度失配，严重制约计算机性能及能效的进一步提升。以阻变存储器 RRAM，自旋存储器 MRAM 及相变存储器 PCM 为代表的新型非易失存储器受到学术界及产业界的广泛关注，近三年由台积电及英特尔公司等逐步实现量产。

5nm FinFET 技术之后，由于 Fin 的高宽比的限制，CMOS 器件结构会发生根本性的变革。堆叠环栅器件和 FinFET 器件有很大的工艺兼容性，同时能够提供更好的机械稳定性和器件性能；但对堆叠沟道的外延和选择性刻蚀、寄生电容的控制、沟道应力的设计、以及 NMOSFET 和 PMOSFET 驱动电流的匹配等工艺技术及其配套装备的开发提出了很大的挑战。在此基础上，还会引入新型沟道材料进一步提高器件的性能。未来的新型电子系统如人工智能，对系统能效提出了极高的要求，这将大大促进对新型绿色器件技术的开发，如隧穿晶体管、负栅电容晶体管、量子自旋晶体管等。在器件技术创新之外，为进一步提高 CMOS 系统的集成密度和性能，光刻和后道互连技术方面需要引入很多创新，同时和系统/设计层面要进行交互开发和优化，即 DTCO 技术，将发挥极大的作用。最后，单片三维 IC 集成技术将会把 CMOS 系统的集成密度和性能推向一个全新的高度。

硅基光电子集成芯片技术，就是研究和开发以光子和电子为信息载体的硅基大规模集成芯片。即利用硅或与硅兼容的其他材料，应用硅工艺，在同一硅衬底上同时制作若干微纳量级，分别以光子和电子为载体的信息功能器件，形成一个完整的具有综合功能的新型大规模集成芯片。硅基光电子学可以发挥硅基微电子先进成熟的工艺技术、高密度集成、价格低廉以及光子的极高传输速率、高抗干扰性和低功耗等优势，实现更高速率的信息传输、交换和处理，是一项革命性的技术。开展硅光电子研究将为集成电路、新一代计算机、光通讯、数据中心等领域的创新发展提供理论基础和技术储备，是近年来学术界和产业界研究的热点。因此，开展硅基光电子芯片大规模集成技术研究势在必行。本报告将介绍硅基光电子学的最新发展现状、未来的发展趋势以及我们国家的应对举措。