2024年, 第42卷, 第2期　刊出日期：2024-01-28

  

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卷首语
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  以全球视野谋划和推动开源RISC-V生态发展

  倪光南

  科技导报. 2024, 42(2): 1-2.

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  开源是世界的，也是中国的。拥抱开源、学习开源、用好开源符合历史潮流，符合国家战略、符合人民利益。希望各界在中国主流CPU发展上聚焦开源RISC-V，与世界开发者协同创新、反对垄断、反对遏制，为构建人类命运共同体贡献中国智慧、中国方案、中国力量！
专稿
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  美国国防高级研究计划局2014—2023财年预算的启示

  王钊, 李文娟, 王强

  科技导报. 2024, 42(2): 6-13. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.001

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  美国国防高级研究计划局（DARPA）作为美国颠覆性技术的孵化器，在美国国防科技创新中扮演着重要角色。通过分析 2014—2023 财年 DARPA 研究、开发、试验与鉴定（RDT&E）预算经费的发展和变化情况，明晰了美国国防前沿技术创新方向和布局：从横向阶段划分看，基础研究不再是预算近两年的布局重点，预算重心由基础研究向先期技术发展转移；从纵向项目配置看，预算呈现出持续布局前沿技术、推进新技术演示验证、助力“全域作战”体系建设等趋势；从投向的技术领域看，微电子、人工智能、通信与网络以及生物科技是DARPA近2年的研发重点。
科技工作者建议
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  推动中国开源软硬件发展的经验与建议

  郭滕达, 张明喜

  科技导报. 2024, 42(2): 14-19. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.002

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  加强开源领域的部署、投资与引导，围绕源代码或硬件设计信息构建相适应的治理体系，对于培育数字经济发展新动能至关重要。分析了开源发展的基本逻辑，从研发支持、需求侧政策供给、开源生态建设等方面阐述了促进开源发展的国际经验。以比较视角分析了美国开源发展现状，认为美国在开源领域具有相对较高的话语权，中国应坚持“融入全球+自主开源”双轮驱动，理清基于国外开源平台而受到制约的边界，探索开源发展战略路径，加大协同研究支持力度，开展开源部署试点并确立安全评估框架，补齐开源生态建设短板。
专题：芯片前沿技术
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  后量子密码算法与芯片设计研究进展

  刘冬生, 李奥博, 胡昂, 陆家昊, 黄天泽, 杨朔, 李翔, 张嘉明

  科技导报. 2024, 42(2): 20-30. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.003

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  后量子密码是用于抵御量子计算机攻击的新一代密码技术，被视为传统密码系统的可靠替代，国际上相关标准也正在逐步形成。综述了后量子密码的发展历程，分析了当前算法研究的最新进展、数学原理及属性特点。从算法、硬件实现架构及具体电路实现3个层次展开分析，提出了未来研究所需要攻克的高效硬件实现、动态可重构、侧信道攻击防御及安全SoC集成等关键技术。通过对低功耗后量子密码芯片、高性能后量子密码芯片及芯片中的哈希散列、随机采样、运算加速和逻辑处理等核心模块进行了综述，总结了当前芯片实现在核心算子高效IP设计、多场景应用兼容、多元防御机制和信息基础设施融合等重点领域的应用现状与研究价值，以及产业化与多元化方面的未来发展趋势。
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  忆阻器及其存算一体应用研究进展

  江之行, 席悦, 唐建石, 高滨, 钱鹤, 吴华强

  科技导报. 2024, 42(2): 31-49. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.004

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  深度学习的飞速发展带来了巨大的算力需求，然而基于存算分离的“冯·诺依曼架构”的传统硅基芯片面临着“存储墙”等问题，芯片算力增长逐渐陷入瓶颈。为了解决这个矛盾，研究人员从生物大脑的工作模式得到启发，提出了基于忆阻器的存算一体架构。这种全新的架构在处理神经网络等任务时在能效和速度上较“冯·诺依曼架构”有望实现几个数量级的提升，是实现超低功耗、超高算力计算芯片的最有潜力的技术路线之一。本文综述了各种类型忆阻器的工作机理与最新进展，对比了国内外研究团队的器件研究进展；综述了基于忆阻器的存算一体芯片在神经网络、信号处理和机器学习等方向的应用演示的研究进展；总结了基于忆阻器的存算一体芯片目前面临的挑战，并提出中国在该领域进一步发展的建议。
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  超导量子芯片硅穿孔填充技术

  郑伟文, 栾添, 张祥

  科技导报. 2024, 42(2): 50-57. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.005

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  超导量子计算是目前最有可能实现实际应用的量子计算方案之一，多层堆叠是实现超导量子比特大规模扩展的最佳方案。介绍了超导量子芯片中硅穿孔（TSV）填充工艺的特点并汇总概括了当前超导TSV填充技术。以电镀和金属熔融填充为代表的完全填充工艺具有器件可靠性高、工艺复杂度低等优点，但与半导体技术兼容性较差；以物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积和快速原子连续沉积技术为代表的部分填充工艺，具有与半导体技术兼容性好的优点，但器件可靠性低、工艺复杂度高。开发新材料的电镀工艺或许是未来较为可靠的方案。
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  中美博弈背景下中国汽车芯片产业的困境及建议

  霍佳鑫, 李哲

  科技导报. 2024, 42(2): 58-66. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.006

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  在中美博弈及新一轮科技革命和产业变革的背景下，汽车芯片成为保障中国汽车产业安全发展的关键要素。中国汽车芯片产业发展存在技术水平较低、核心技术竞争力较弱、高端产品欠缺、专业人才规模不大等情况。运用五螺旋创新理论分析了汽车芯片产业的挑战与机遇，提出了中国汽车芯片研发路线发展的建议：进一步完善创新体系、发挥新型举国体制优势，加强人才培养与引进、建立适配标准等路径，进而提升中国汽车芯片的设计水平与制造能力，实现中国汽车芯片自主化，以期在全球市场中占有一席之地。
综述
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  亚胺类共价有机框架研究进展

  楚正坤, 刘洁

  科技导报. 2024, 42(2): 67-78. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.007

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  亚胺类共价有机框架（imine covalent organic frameworks，Imine COFs）材料是芳香胺和芳香醛单体根据席夫碱反应原理缩合形成的一类多孔有机晶体材料。Imine COFs材料具有大的比表面积、高孔隙率、易功能化和可设计性强等优点，已成为近年研究最为广泛的一类COFs材料。从设计、合成方法和应用等方面综述了 Imine COFs 材料的研究进展；基于该领域现状，概述了在新型 COFs材料构筑及工业化应用进展上目前存在的困难，提出了优化合成方法、探索工业化应用条件、开发多功能复合纳米Imine-COFs及阐明材料理化性能基本原理等未来研究趋势。
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  混合动力汽车电池寿命预测及能量控制管理策略

  武旭东, 王靖岳, 薛春伟, 郑珺文, 雷虎, 王军年

  科技导报. 2024, 42(2): 79-89. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.008

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  针对混合动力汽车电池寿命预测及能量管理，分析了锂离子电池工作原理及影响寿命的因素，综述了不同锂离子电池剩余寿命预测方法的研究状况，并讨论了各种方法的优缺点；依据混合动力汽车工作模式简要说明能量控制策略工作机理，分别论述了基于规则、基于优化及基于人工智能等能量控制管理策略的发展现状，讨论了考虑电池寿命的控制策略对整车经济性能的影响。分析发现，融合多种方法的电池寿命预测方法更具优越性，且考虑电池寿命的能量控制管理策略对混合动力汽车燃油经济性的提高效果更佳。总结了混合动力汽车电池寿命预测及能量控制管理策略存在的问题并对未来的发展方向进行展望。
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  铁尾矿资源化利用现状与发展策略

  张振国, 王月, 陈军典, 高倩

  科技导报. 2024, 42(2): 90-103. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.009

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  铁尾矿是我国目前现存规模最大的固体废弃物之一，而且其堆存量还在快速增长。一方面铁尾矿的堆放不仅占用大量土地资源，还存在不同程度的环境污染与安全隐患；另一方面，铁尾矿也是一种宝贵的资源，对其合理的综合利用，可以实现变废为宝，也可以实现最大限度的趋利避害。在分析铁尾矿利用现状的基础上，通过对其利用方式的对比分析，提出加强对铁尾矿资源利用的管理，为铁尾矿的开发利用提供技术保障；加强矿山企业铁尾矿高附加值资源化利用研究，探索铁尾矿资源增效新途径；以及吸引社会资本投入铁尾矿库治理、生态修复等可行性建议。
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  我国矿山智能机器人应用现状及发展策略

  付恩三

  科技导报. 2024, 42(2): 104-110. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.010

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  矿山智能机器人是实现智能矿山建设的重要支撑。梳理了我国矿山智能机器人相关政策、技术发展以及应用情况；总结了矿山智能机器人内涵及应具备的智能感知、精准作业、实时定位、智能管控、智能决策以及故障诊断的6个特征；从关键核心技术、数据标准、人才培养等方面分析了我国矿山智能机器人面临的问题，提出应从政策扶持、技术自主研发、人才支撑、标准制定等方面加强对企业的扶持和培养，营造良好智能机器人生态环境。
论文
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  地质构造因素对煤与瓦斯突出的影响

  苗彦平, 郑旭鹤, 王宏梁, 折刚

  科技导报. 2024, 42(2): 111-119. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.011

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  为深化对煤与瓦斯突出机理和过程的认识，综述了煤与瓦斯突出与地质构造的关联。从应力、瓦斯和煤的属性3个方面分析地质构造对突出控制因素的影响，将地质构造作用过程考虑到突出的孕育阶段，并提出下一步突出机制及防治方法的研究方向。结果表明，地质构造不仅会改变煤层的应力和瓦斯环境，同时还会造成煤层的几何形态和煤的物理结构改变，地质构造区内煤的物理结构变化对突出的影响应该被重视。地质构造作用过程被增加到突出的孕育阶段，构造作用过程是指构造运动对原始煤层应力和瓦斯赋存状态改变以及煤的物理结构改造过程。基于突出的地质信息、构造煤的形成及特 性、突出与构造煤的内在联系等方面，凝练煤与瓦斯突出机制及防治方法的未来研究方向。
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  基于改进粒子群算法的换流站多协议无线数据分析及预测

  毛春翔, 柴斌, 刘若鹏

  科技导报. 2024, 42(2): 120-128. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2024.02.012

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  目前直流输电正在朝着高电压大容量的技术方向发展，其在长距离输电、跨区域联网及调度灵活等方面的优势日趋显现，但由于换流站关键设备故障造成的直流系统非正常停运对电力系统造成的影响也越来越大。因此，加强对直流关键设备的感知程度，对关键设备的故障进行预判并提前进行处理，对减少直流系统非正常停运并提高供电可靠性具有重大意义。以宁夏国家电网换流站多协议无线数据为例，提出了基于灰狼算法的改进粒子群算法。实验表明，该粒子群-灰狼算法能够更精确地对换流站的各种监测数据进行预测，减小预测误差，为今后换流站的运行和维护提供了依据。