本工程中心建设的主要研究内容具体包括低温CMOS高能效计算平台、能量采集与功耗管理、智能感知定制芯片和智能医学定制芯片四个领域：

一、 低温CMOS高能效计算平台 

随着大数据、机器学习、虚拟现实时代的到来，相应的计算资源预计到2025年”tsunami of data”将消耗掉世界1/5的能量。因此有效降低计算能耗是当前集成电路面临的最主要挑战。在低温下，CMOS器件的性能会显著提高，而且铜互连系统的延时也会大幅下降，因此低温CMOS集成电路既是今后高能效计算的首选平台之一，也是超导/量子信息领域的重要组成部分。中心将联合国有芯片代工厂领军企业华力公司一起联合攻关，针对低温CMOS提出器件建模，生产低温设计包及标准单元库，和低温应用芯片等关键技术，力争突破低温CMOS器件和电路的技术瓶颈。

中心在低温CMOS高能效计算平台方面拟开展三项重点研究内容： 

1. 针对国内先进CMOS制程（华力微电子）的低温CMOS器件与电路设计通用模型数据库建立：对小尺寸CMOS 器件进行变温电学测试，研究低温下相关物理机制对器件性能的影响，并建立适用于全尺寸全温区的器件集约模型。

2. 量子计算机信号处理系统集成电路设计：包括量子比特读写、脉冲信号的数模/模数转换、信号放大、比较/选择器、数字信号控制、嵌入式系统等关键电路的设计。

3. 量子计算机低温存储系统设计：探索研究基于SRAM、DRAM以及新型非易失性存储器（相变、阻变、磁性存储器）的低温存储电路设计。

二、 能量采集与功耗管理 

中心在能量采集与功耗管理方面拟开展两项重点研究内容：

1. 结合不同的环境能源以及换能器特性，开发高性能能量采集芯片技术。与传统电子设备使用的有线供电或者电池储电方案不同，环境能源，尤其是诸如环境动能等能量来源，具有高度的不稳定性。此外，不同的环境能源以及换能器机理具有不同的能量输出特性。过往十余年的科技研究表明：深入了解具体环境能源以及换能器的特性，对如何更好地设计能量采集芯片、更大程度地采集环境能源具有重要的意义。本工程中心将发挥其在该方向上积累的雄厚研究基础，与产业界密切联系，开发与环境能量采集相关集成芯片解决方案。

2. 结合物联网负载的需求特点，开发灵活高效功率管理芯片技术。对比通用的电子设备而言，基于环境能量采集技术的物联网设备必须对储能水平及其变化动态非常敏感，从而能够量入为出地使用形式多变的环境能量完成既定的传感、计算、通信等任务。工程中心在未来将首先着力开发既能兼顾瞬态功率需求，又能保持极低待机功耗的直流稳压芯片。除了转换器设计，中心成员将探讨跨模块的电感元件分时复用方案，通过减少无源器件使功率调理电路更加紧凑。此外，无源自供能物联网设备需要根据可用的能量来安排所需执行的任务，以延长设备的待机时间和任务执行的成功率。因此，功率管理芯片需要为能量使用端及时且准确地提供储能水平的信息。在此部分的研究中，中心成员将探索以极低的功耗（纳安培级）为外部设备提供储能信息。片外设备可以量入为出地合理安排传感、计算、通信等任务，保证在设备下电前完成完成任务并保存现场数据，实现可靠的瞬态计算。

三、 智能感知定制芯片

机器人和智能车将在未来的10-15年大大变更人们的生活方式。感知系统是机器人和智能车感知外界环境的重要部分，是决策的基础。感知系统中用到了大量复杂且具有实时性要求的算法，它们需要高能效的芯片满足来获得实时性，低功耗和低成本的要求。工程中心将联合机器人及智能车相关公司如仙工智能、德国大陆等公司一起突破技术瓶颈。

智能芯片领域计划的主要内容包括：

1. 智能定位定制芯片设计：基于激光雷达的定位，基于视觉SLAM的定位，基于激光雷达和视觉SLAM混合定位等几方面的算法和定制芯片研发，为机器人和智能车提供精确和实时的位置信息。

2. 智能深度感知定制专用芯片：基于双目视觉，单目视觉的算法和定制芯片研发，为机器人和智能车提供精确和实时的深度信息，极大的提高检测、识别等任务的完成质量。

四、 智能医学定制芯片

智能芯片领域计划的主要内容包括：

1. 针对便携式，小型化，低成本医疗仪器的高能效专用芯片设计（如便携式超声成像，光声成像，生理信号检测设备，等等）。例如，在超声和光声成像设备中，高达512通道的超声信号采集系统对整体性能至关重要。通过专用集成电路设计，可以实现更多超声信号采集通道的集成，并极大的降低系统成本。

2. 针对医学图像处理的高能效专用芯片（如针对超声，光声，核磁，CT等医学图像的重建，分割，分类，配准，降噪等应用）例如，在图像重建中，高精度的图像重建往往基于耗时的迭代优化算法。设计专用的图像重建加速芯片，将极大的提高成像设备的图像精度与成像速度。

3. 针对生物医药大数据处理的高能效专用芯片（如基因工程，新药研发等应用）。例如在药物研发中，需要筛选几百万甚至上千万的不同分子结构，这就需要设计专用芯片，来实现快速的药物筛查与验证。

针对脑机接口领域的高能效专用芯片设计（如侵入式脑机接口神经信号检测芯片，非侵入式头环脑电/脑磁信号检测芯片等）。例如在侵入式的脑机接口设备中，需要设计微型电极，上千通道的神经信号放大电路，以及集成无线收发模块与无线充电功能。通过定制设计，可以实现更高能效的专用脑机接口芯片，推动脑机接口技术发展与落地。