在低功耗電子設(shè)備的研發(fā)領(lǐng)域，一項(xiàng)來自北京大學(xué)電子學(xué)院的突破性成果正引發(fā)廣泛關(guān)注。由邱晨光研究員與彭練矛院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一種名為“納米柵超低功耗鐵電晶體管”的新型器件，為解決芯片能耗問題提供了全新方案。這一成果已發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》，標(biāo)志著我國在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中，存儲(chǔ)與計(jì)算單元的分離導(dǎo)致數(shù)據(jù)頻繁搬運(yùn)，既消耗時(shí)間又增加能耗。邱晨光研究員形象地比喻道：“這就像廚師做飯時(shí)，每次取調(diào)料都要往返倉庫，效率低下且體力消耗大。”而鐵電晶體管雖具備“存算一體”的潛力——既能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)又可進(jìn)行計(jì)算，且斷電后信息不丟失，但其高操作電壓導(dǎo)致的功耗問題始終難以突破，成為制約實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。

研究團(tuán)隊(duì)通過將晶體管的核心部件“柵極”縮小至1納米尺度，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)飛躍。這一尺寸僅相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十萬分之一，在原子級(jí)別構(gòu)建出極細(xì)的“電場(chǎng)探針”。通電時(shí)，電場(chǎng)能量如水流匯聚針尖般高度集中，僅需0.6伏的微小電壓即可驅(qū)動(dòng)器件工作。邱晨光解釋：“這類似于用細(xì)針撬動(dòng)重物，通過精準(zhǔn)聚焦能量實(shí)現(xiàn)高效操作。”

該設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)鐵電晶體管的物理限制，將電壓效率提升至125%，在超低功耗下實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)。具體數(shù)據(jù)顯示，新器件的工作電壓（0.6伏）低于主流芯片（0.7伏），開關(guān)能耗較國際最優(yōu)水平降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，且電壓效率首次突破鐵電材料的理論極限。

這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。彭練矛院士指出，若未來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，搭載該芯片的手機(jī)、可穿戴設(shè)備、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)及云端服務(wù)器將能以極低電量完成復(fù)雜計(jì)算任務(wù)。尤其對(duì)當(dāng)前蓬勃發(fā)展的AI領(lǐng)域而言，這一突破堪稱“及時(shí)雨”——大型模型與芯片的高能耗已成為制約算力提升的核心障礙，而新型器件“尺寸越小越省電、越實(shí)用”的特性，為突破這一瓶頸開辟了新路徑。