戍天九思：突破1纳米、功耗最低！我国下一代AI芯片取得...

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　　据2月23日《科技日报》报道，北京大学电子学院邱晨光团队创造性地制备了迄今尺寸最小、功耗最低的铁电晶体管，有望为AI芯片算力和能效提升提供核心器件支撑。相关研究成果在线发表于《科学·进展》上。

　　这是一项具有底层技术革命和国家战略安全双重意义的重大进展。它直击当前AI芯片的“能耗墙”和“存储墙”痛点，为未来计算架构开辟了全新路径。

　　技术层面：突破物理极限，颠覆传统架构

　　这项成果从根本上解决了限制芯片发展的三大核心矛盾。

　　一是打破“电压不匹配”魔咒。传统存储（如闪存）需要5伏以上高压擦写数据，而逻辑计算仅在0.7伏低压运行，两者间必须设置低效的升降压电路。北大团队通过1纳米的“纳米栅极” 设计，利用电场汇聚效应，将铁电晶体管的操作电压历史性地降至 0.6伏，首次实现了存储与逻辑在同一电压平台下的无缝对接。

　　二是攻克“尺寸微缩”难题。传统铁电材料在厚度减薄到几纳米后，铁电性会消失。彭海琳团队开发的新型铋基二维材料（Bi2SeO5），在单晶胞厚度（约1纳米） 下仍能保持优异铁电性，且实现了晶圆级的均匀制备，解决了制约产业化的材料瓶颈。

　　三是实现“存算一体”功能。与传统半导体逻辑晶体管不同，铁电晶体管同时兼具存储和计算能力，真正从硬件上打破了冯·诺依曼架构的“存储墙”。“它像人脑的神经元一样，将存储和计算功能合二为一，有望彻底打破传统计算架构中‘存储’与‘计算’分离导致的效率瓶颈。”邱晨光介绍，铁电晶体管“存算一体”的能力更符合AI芯片进化的方向，业内将其视为神经形态计算方面最具潜力的新型基础器件。

　　产业层面：重构能效标准，赋能AI与万物互联

　　这一技术为从云端到终端的各类芯片，提供了前所未有的能效解决方案。

　　一是为AI芯片“减负”。当前AI芯片总功耗的 60%-90% 消耗在数据传输上。这项技术通过超低电压存算一体，能效领先现有技术1至2个数量级，意味着在同等算力下，功耗可以降低几十倍，让训练和推理大模型的成本大幅下降。

　　二是开启终端设备“永不掉线”时代。对于手机、可穿戴设备、物联网传感器等终端，0.6伏的超低工作电压和0.45fJ/μm的极致能耗，将带来革命性的续航体验。手机有望实现真正的超长待机，无数传感器节点也可用微型电池或能量收集技术工作数年，真正实现万物互联。

　　三是性能与可靠性兼备。该器件不仅功耗低，还具备32个稳定多级存储态、超10年数据保持能力以及可循环1.5万亿次的超高耐久性，完全满足甚至超越了严苛的工业和云端应用需求。

　　国家层面：掌握自主未来，抢占战略制高点

　　在全球科技竞争加剧的背景下，这项拥有完全自主知识产权的原创技术，其战略价值怎么强调都不为过。

　　一是打破国外技术壁垒。研究团队已围绕“纳米栅超低功耗铁电晶体管”申请了3项核心专利，形成完全自主的知识产权和工艺技术体系，目前正处在实验室研发到产业化转化的关键阶段，预计3-5年内可实现产业化。这意味着在下一代存储和AI芯片的底层技术竞争中，我们手里握有自己的“王牌”，不再受制于人。

　　二是实现“换道超车”的战略机遇。当传统硅基芯片的微缩逼近物理极限——摩尔定律放缓之时，“后摩尔时代”的竞争更多依赖材料、器件和架构的创新。这项在铁电晶体管上的系统性突破，为中国在未来半导体技术路线图中占据引领地位奠定了坚实基础。

　　三是北大、清华两条存算一体技术融合。2023年10月清华大学吴华强团队研发了全球首颗存算一体芯片，这次北大铁电晶体管技术在基础创新层面具有更深远的潜力。从长远看，两项技术最终可能走向融合：北大铁电晶体管提供基础器件支持，清华团队提供系统集成和算法优化，共同推动存算一体技术向更高层次发展。随着《“人工智能+制造”专项行动实施意见》的深入实施，中国有望在存算一体这一前沿技术领域实现从“跟跑”到“领跑”的跨越，为全球AI芯片发展提供“中国方案”。