内容介绍： 微机电系统（MEMS）具有体积小、重量轻、成本低、可靠度高等特点， 在航空、航天、汽车、消费电子等领域具有广阔应用价值。MEMS设计过程 复杂，高效的设计工具现已成为制约我国MEMS产业发展的关键。设计工具 分为系统级、器件级、工艺级三个设计层级，并具有三个层级之间的全部 数据传递接口，支持不同工程背景的设计者任意入口，任意流程的设计， 该设

（1）在传输平台上，采用工业光纤以太环网技术，以矿调度控制室为中心，分别向主副井绞车房、主抽风机房、压风机房等四处敷设矿用阻燃光缆，通过光纤收发器、光缆将信号传入调度控制室交换机，构成冗余的千兆环网。（2）各子系统通过光纤收发器通过光纤连接到交换机上。（3）在软件集成上，采用组态软件，通过一致的软件界面，实现对各类自动系统的综合、集中监测与监控。（4）该系统提供的扩展接口，便于将来其它系统的接入和集成。

本成果包括系列基于硅基或SOI基材料的高压集成技术，可用于700V AC-DC电源管理IC、600V/1200V高压栅驱动IC、不同电压需求的高压开关IC、D类功率放大器、电机驱动IC等的研制，满足照明、工业控制、汽车电子、电机驱动、消费电子等领域的需求。具体包括： 硅基：（1）超低比导通电阻700V单晶型BCD工艺；（2）600V外延型BCD工艺；（3）1200V外延型BCD工艺；（4）48V高功率BCD工艺；（5）40V高压双极型工艺。 SOI基：（1）600V 厚层SOI BCD工艺；（2）650V薄层SOI高压CDMOS工艺；（3）300V薄层SOI高压CDMOS工艺；（4）200V薄层SOI高压CDMOS工艺；（5）100V薄层SOI高压CDMOS工艺；（6）40V薄层SOI高压CDMOS工艺；（7）-200V SOI高压CDMOS工艺；（8）-100V SOI高压CDMOS工艺。

本成果包括系列基于硅基或SOI基材料的高压集成技术，可用于700V AC-DC电源管理IC、600V/1200V高压栅驱动IC、不同电压需求的高压开关IC、D类功率放大器、电机驱动IC等的研制，满足照明、工业控制、汽车电子、电机驱动、消费电子等领域的需求。

北京大学物理学院现代光学所王剑威研究员与意大利罗马大学Fabio Sciarrino教授、英国布里斯托尔大学Anthony Laing和Mark Thompson教授，受邀在国际著名刊物《自然-光子学》（Nature Photonics）上撰写综述文章，介绍“集成光量子技术”这一新兴领域的基本科学原理和前沿进展。 量子技术利用量子物理基本原理，通过操控光或物质的量子叠加和量子纠缠等内禀属性，其信息处理能力有望从根本上超越经典范畴的信息技术。集成光量子芯片技术是一门结合了量子物理、量子信息、集成光子学和微纳制造等学科的前沿交叉技术，通过半导体微纳加工制造，有望实现高性能且大规模集成的光量子器件和系统，达到对作为量子信息载体的单光子进行高效处理、计算和传输等功能。 国内外对集成光量子芯片技术的研究取得许多重要进展 2008年，国际上首次实现了基于二氧化硅平面光波导体系的量子受控纠缠门和量子干涉，开创了集成光量子芯片领域的先河。在过去十年间，国内外对集成光量子芯片技术的研究,取得了许多重要进展，目前已实现了片上光量子态的制备、量子操控以及单光子探测等核心功能，并且器件集成度和功能复杂度也都得到了大幅度提高。综述总结了集成光量子芯片的主流材料体系、核心量子光学元器件，及其量子信息的前沿应用，包括量子密钥分发和通信、物理和化学系统的量子模拟、量子玻色取样、光量子信息处理和计算等。 集成光量子芯片的材料体系目前主要采用硅基绝缘体上、铌酸锂、激光直写二氧化硅、氮化硅、氮化嫁、磷化铟等光波导材料。核心器件主要包括集成单光子源与纠缠光子源、可编程大规模集成光路、集成单光子探测器等，其中量子光源主要有非线性参量型量子光源和固态量子点型量子光源，而单光子探测主要通过超导纳米线探测和过度边缘感应传感来实现。这些核心光量子集成器件的性能均取得了很大程度的提升。与此同时，集成光芯片平台上也已经逐渐发展出一套可以将量子信息精确加载在单光子的路径、偏振、时间、空间、频率等不同自由度的方法，为该技术的发展提供了广阔的便利性和多样化。 集成光电子器件在经典通信系统中一直起着举足轻重的作用，可以预期其也将在量子密钥分发和量子通信中起到重要作用，特别是微小型、低成本、高性能的量子通信收发芯片的发展，将有助于进一步降低成本、提高可靠性，推进其实用化进程。目前，量子通信的几种主要协议，包括制备-测量类的通信协议以及基于纠缠分布和量子隐形传态类的协议等，已先后在硅基、磷化铟、氮化硅等光子芯片上得到实验验证。另外，全集成型量子真随机数发生器也有很多实验实现，并有望在不远的将来提供微小型、高速和低成本的真随机数发生器。 量子线路模型和基于测量的单向量子计算模型是实现通用量子计算的主流模型。光学量子计算的线路模型实现方案存在扩展性困难，但基于测量的光量子计算可以大大降低需要的物理资源，并可实现通用量子计算。在可编程的光量子芯片平台上，目前已成功实验验证了Shor因数分解算法、Grover搜寻算法、优化算法等重要算法，并可在单一芯片实现多种复杂量子信息处理功能。近年来，片上制备并操控复杂量子态，包括高维量子态、多光子纠缠态、图纠缠态等，均已在硅基和二氧化硅等平台实现。值得一提的是，集成光量子芯片的高可编程性、高稳定性、高保真度，为通用量子计算的实现提供了基础。 量子玻色取样和量子模拟被认为是量子计算的短期实现目标和重要应用方向。触发型玻色取样和基于量子点光源的玻色取样，被认为是实现具备“量子优势”的玻色取样量子计算的有效技术方案，有望超越经典计算机计算能力，其中前者已实现芯片上量子光源和线性网络的全集成，而后者最近在中科大发布的一个论文预印本中报道了20光子60模式玻色取样的重要突破。集成光量子芯片体系已实验验证了离散型和连续型的量子漫步功能，并可用于模拟复杂的物理和生物过程。同时，集成光量子模拟器也成功验证了多种典型的量子模拟算法，有望有效地模拟化学分子动力学过程。

水是工业生产的主要媒介之一，在生产过程中既作为工艺介质，又作为辅助介质，因此应用十分广泛，但由于以前水价偏低，致使企业不重视节水工作，不但用水量较大，同时还会产生大量的废水，既增加了企业废水处理的成本，又污染了环境。从2011年开始，国家又一次提高了污水的排放标准，与此同时，江苏地区还重新修订了工业企业的用水定额，对企业的用水与排水提出了更高的要求。针对于此，本课题组面向火力发电、钢铁、造纸、纺织印染、化学工业与石油化工等行业，在综合企业现有水系统的基础上，采用水夹点优化技术开发了集成节水技术，通过对水系统进行节水改造，通过提高水的重复利用率及废水的深度处理与再生回用，可大大减少企业的新水用量和废水排放量，降低企业的运行成本，减小环境治理的压力。  本课题组可承接各种节水技术改造的工艺与设备设计、设备安装调试等。

本成果面向国家亟需的复杂系统集成和功率管理等应用，采用多层次设计的指导思想，研究并突破了系统芯片多层次低功耗关键设计技术，提出了复杂片上网络系统建模、低功耗路由及互连、超低功耗模拟电路 IP 设计技术和高效率集成化功率转换和功率管理技术。提出的系统芯片低功耗多层次设计技术广泛适用于系统集成芯片、数模混合集成以及功率管理和功率转换系统，显著降低了数字信号处理器、多模多频移动基带等芯片的功耗水平，使单片功耗由瓦级降低到毫瓦级，具有广泛的适应性和兼容性。 NOC 模拟器软件支持二维和三维的 Mesh、Torus、Clustered Mesh、Clustered Torus 拓扑结构类型，交换机制为 Wormhole，路由算法为 XY 路由算法，通信模式支持 uniform 和 hotspot 模式，数据包长度可调，片上通信量可配置，最终能评估片上网络系统芯片的跳转延迟等各种延迟时间参数、仲裁能耗等各种能耗参数、实际包产生率、产生成功率、数据包分布等性能和功耗参数。 图1 NoC仿真软件 图2 绿色节能AC/DC功率转换器芯片

随着包括5G通讯、物联网在内的新型产业的兴起，在实际应用中对于高速、低损耗的信息处理系统的需求与日俱增。传统的电子器件受摩尔定律的限制，在储存密度和运算速度的突破上均面临瓶颈，并且进入“ 后摩尔时代”，电子器件不可无限制地进行集成。器件的尺寸越小，量子效应越明显，集成的困难就越大。作为摩尔定律的延续，人们提出一种极具潜力的设计——光子芯片。相较于传统的电子芯片，光子芯片的巨大优势之一是光子之间无相互作用力，可以大大降低系统的功耗，增大信息传输的带宽。因此，光子芯片可以在数据通信、高性能计算和传感技术上有重要的应用。 带通滤波器是一种信号前端处理器件，是光子芯片集成的重要元器件之一。它可以有效抑制不需要波段的信号，仅允许目标波段通过，这在信号处理领域具有广泛的应用。然而，目前带通滤波器在光子集成器件领域少见报道。传统方法大多依赖经验以及物理启发进行结构设计和参数优化，需要耗费大量资源，器件的性能有局限性。相较于传统的设计方法，利用算法设计纳米光子学器件具有普适性和高效性。通过采用恰当的算法进行优化，可以有效提高设计效率，优化器件指标，避免出现局部最优的情况，找到性能最优的器件。 图1.带通滤波器扫描电镜图

电动汽车具有节能、环保的显著特点，是先进汽车的发展方向，具有巨大的市场前景。纯电动车、混合动力电动车、燃料电池电动车在其动力系统构型中，均采用了动力蓄电池，目前采用的动力电池主要有镍氢动力电池、锂离子动力电池，动力电池SOC值是实现电动车辆控制的重要参数，SOC估算是电动汽车动力电池管理模块的重要功能，动力电池管理模块是电动车辆的关键零部件。 北航所研制的电动汽车动力电池SOC智能估算技术及管理模块可适应与锂离子、镍氢等多种类型以及多种规格的动力电池配套，并满足电动车用的相关要求，主要技术指标：电压检测精度±0.6％，电流检测精度±0.5％，温度检测精度±0.5℃；SOC估算精度5%。 本项目取得的研究成果具有自主知识产权，实现了电动车辆关键零部件的国产化、具有了一定的电池管理模块产业化生产的技术基础，应用前景广阔，社会效益和经济效益显著。