“我們將鐵電晶體管的物理柵長縮減到了1納米極限。”2月23日，北京大學電子學院研究員邱晨光告訴科技日報記者，團隊創造性地制備了迄今尺寸最小、功耗最低的鐵電晶體管，有望為AI芯片算力和能效提升提供核心器件支撐。相關研究成果在線發表于《科學·進展》上。
據介紹，當前AI算力普遍面臨“內存墻”問題，即計算時數據的存儲與運算分處于不同區域，“隔墻”調用嚴重制約了AI芯片性能提升。
與傳統半導體邏輯晶體管不同，鐵電晶體管（FeFET）同時兼具存儲和計算能力。“它像人腦的神經元一樣，將存儲和計算功能合二為一，有望徹底打破傳統計算架構中‘存儲’與‘計算’分離導致的效率瓶頸。”邱晨光介紹，鐵電晶體管“存算一體”的能力更符合AI芯片進化的方向，業內將其視為神經形態計算方面最具潛力的新型基礎器件。
然而，傳統鐵電晶體管存在能耗過高、邏輯電壓不匹配等短板限制了其大規模應用。為此，北京大學邱晨光研究員—彭練矛院士團隊，利用納米柵極結構設計，巧妙解決了鐵電材料“改變極化狀態”需要高電壓高能耗的問題。
“我們持續精進工藝，將鐵電晶體管的物理柵長縮減至極限1納米，這一精度達到原子尺度，促成鐵電層內部形成高強度電場，僅需極少外部能量（0.6V電壓）激發，即可輕松翻轉鐵電極化。”邱晨光表示，這一技術打破了傳統鐵電晶體管的物理限制，使得能耗比國際最好水平整整降低了一個數量級。
“納米柵的設計就好像是對電場進行了‘杠桿放大’，能夠以極低的電壓代價，驅動鐵電材料發生極化反轉，從而在物理機制上實現了能耗的跨越式降低。”邱晨光進一步解釋，有著超低工作電壓與極低能耗特性的納米柵鐵電晶體管，不僅能為構建高能效數據中心提供核心器件方案，也為發展下一代高算力人工智能芯片奠定關鍵技術基礎。
轉自：科技日報
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