21世紀，微電子科學與技術將是集成系統芯片(SoC)的時代，集成電路(IC)將發展為集成系統芯片。IC芯片是通過印刷電路板(PCB)等技術實現整機系統的。盡管IC的速度很高、功耗很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、噪聲、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統性能受到很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展，系統對電路的要求越來越高，傳統集成電路已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。隨著IC設計與制造技術水平的提高，集成電路規模越來越大，目前已可以在一個芯片上集成108~109個晶體管。正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的集成系統芯片。

在從IC發展到SoC的過程中，主要存在著兩個方面的問題亟待研究和突破：一是SoC設計方法的研究，目前該領域的研究主要集中在軟/硬件協同設計、IP庫及膠聯邏輯等方面。二是SoC中新器件、新工藝的研究，為了提高系統芯片的性能價格比、可靠性和市場競爭力，縮小器件特征尺寸仍是一個主要的途徑。據預測，微電子產品的特征尺寸在2020年將縮小到14納米技術代。當器件特征尺寸進入亞50納米以后，系統芯片集成度的進一步提高，即器件特征尺寸的進一步縮小將會面臨大量來自于傳統工作模式、傳統材料乃至傳統器件物理基礎等方面的問題。因此必須在器件物理、材料、器件結構、關鍵工藝、集成技術等基礎研究領域尋求突破。同時，為了實現包含數字電路、存儲器、射頻/模擬電路等各種不同功能電路系統芯片的集成化，必須解決存儲器與邏輯電路、射頻/模擬電路與數字電路之間的工藝兼容問題。