北大團(tuán)隊(duì)的突破意味著為后摩爾時代的芯片發(fā)展提供了關(guān)鍵器件支撐，直接解決了傳統(tǒng)鐵電晶體管能耗過高、電壓不匹配的核心短板。這項(xiàng)成果由北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員—彭練矛院士團(tuán)隊(duì)完成，相關(guān)研究已發(fā)表于國際頂級期刊《科學(xué)·進(jìn)展》。

技術(shù)突破：最小尺寸與最低功耗

團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將晶體管的物理柵長縮減至1納米的極限尺度——這僅相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的八萬分之一，創(chuàng)造了國際上迄今尺寸最小的鐵電晶體管紀(jì)錄。

 

更關(guān)鍵的是，他們利用“納米柵極電場增強(qiáng)機(jī)理”，就像用細(xì)針撬動重物一樣，在鐵電層內(nèi)匯聚電場，從而僅需0.6V的超低電壓就能驅(qū)動器件工作，首次將鐵電存儲電壓降至與主流邏輯芯片（0.7V）相當(dāng)?shù)乃健?/p>

這一設(shè)計(jì)帶來了性能的飛躍：

• 能耗大幅降低：單位面積開關(guān)能耗僅為0.45 fJ/μm，比國際已有最好水平降低了一個數(shù)量級。
• 電壓效率突破理論極限：器件電壓效率高達(dá)125%，打破了傳統(tǒng)鐵電晶體管100%的理論上限。
• 速度與穩(wěn)定性兼顧：存儲速度接近1納秒，并在萬次擦寫循環(huán)后性能幾乎無衰減。

應(yīng)用前景：從AI芯片到物聯(lián)網(wǎng)

這項(xiàng)突破的實(shí)際意義首先體現(xiàn)在對下一代計(jì)算架構(gòu)的賦能上。傳統(tǒng)芯片架構(gòu)中，計(jì)算和存儲單元分離，數(shù)據(jù)頻繁搬運(yùn)導(dǎo)致效率低下、能耗激增，這就是所謂的“內(nèi)存墻”問題。

鐵電晶體管天生具備“存算一體”能力，邱晨光研究員解釋說：“它像人腦的神經(jīng)元一樣，將存儲和計(jì)算功能合二為一，有望徹底打破傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)的效率瓶頸。” 因此，超低功耗的特性使其成為構(gòu)建高能效AI芯片和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算核心器件的理想選擇。

 

其影響將輻射至多個關(guān)鍵領(lǐng)域：

• 高算力AI與數(shù)據(jù)中心：為發(fā)展下一代高算力人工智能芯片奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，能有效緩解算力提升伴隨的功耗激增矛盾。
• 物聯(lián)網(wǎng)與邊緣設(shè)備：極低的功耗和微小尺寸，非常適配對能耗和體積極度敏感的物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴設(shè)備等場景，有望實(shí)現(xiàn)設(shè)備的超長續(xù)航。