在電子科技領(lǐng)域，低功耗芯片的研發(fā)一直是全球科研團(tuán)隊(duì)競相攻克的關(guān)鍵難題。如今，北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員與彭練矛院士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在這一領(lǐng)域取得了重大突破，成功研制出新型“納米柵超低功耗鐵電晶體管”，為解決芯片高能耗問題開辟了全新路徑。

傳統(tǒng)芯片中，電腦和手機(jī)的處理器（CPU）在處理數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)和計(jì)算模塊是分離的。數(shù)據(jù)需要在兩個(gè)模塊之間頻繁搬運(yùn)，這一過程不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，還會(huì)產(chǎn)生極高的能耗。邱晨光形象地比喻道：“這就像廚師做菜，每放一次調(diào)料都要跑回倉庫拿，時(shí)間和體力都被白白浪費(fèi)了。”而鐵電晶體管雖具備“存算一體”的潛力，即既能存儲(chǔ)又能計(jì)算，斷電后信息也不會(huì)丟失，但此前一直受困于操作電壓過高的問題，導(dǎo)致功耗巨大，難以投入實(shí)際應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)此次的突破，聚焦于晶體管的關(guān)鍵部件——柵極。他們將柵極尺寸縮小到了驚人的1納米。要知道，一根頭發(fā)絲的直徑大約在8萬到10萬納米之間，1納米的尺度已接近原子級(jí)別。在這個(gè)極小的尺度上，團(tuán)隊(duì)打造出一個(gè)極細(xì)的“電場探針”。通電后，電場能量會(huì)像水流匯聚到針尖一樣高度集中，只需施加0.6伏的微小電壓，就能輕松控制這個(gè)“開關(guān)”，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。

邱晨光進(jìn)一步解釋：“這就如同用一根極細(xì)的針，將力量集中在一點(diǎn)，輕松撬動(dòng)了原本需要大力氣才能搬動(dòng)的重物。這種巧妙的設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)鐵電晶體管的物理限制，使電壓效率提升至125%，真正實(shí)現(xiàn)了在超低功耗下高效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。”

這一突破帶來的數(shù)據(jù)表現(xiàn)十分亮眼。在電壓方面，0.6伏的工作電壓低于當(dāng)前主流芯片的0.7伏；能耗上，開關(guān)能耗比國際最好水平降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)；效率上，電壓效率首次突破了鐵電材料的理論極限。

這項(xiàng)技術(shù)若走向?qū)嵱茫瑢韽V泛而深遠(yuǎn)的影響。彭練矛表示，未來搭載這種芯片的手機(jī)、可穿戴設(shè)備、自動(dòng)駕駛儀以及云端服務(wù)器等，都能以極少的電量完成大量計(jì)算和存儲(chǔ)任務(wù)。對(duì)于當(dāng)下發(fā)展迅猛的AI技術(shù)而言，這無疑是一場及時(shí)雨。如今，大模型和芯片都是“電老虎”，能耗已成為制約算力進(jìn)一步提升的最大障礙。而這種“越小越省電、越小越好用”的新型器件，為突破這一瓶頸提供了新的可能。