最近，中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研發(fā)出世界上最小、能效最高的晶體管，這一突破有望成為下一代高性能人工智能硬件的基石。

這種晶體管叫鐵電場效應(yīng)晶體管，簡稱FeFET。FeFET的工作原理有點(diǎn)像人腦里的神經(jīng)元，把存儲(chǔ)和處理功能都集成在一個(gè)小小的單元里。這樣一來，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間就大大減少了，效率自然就上去了。

在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片里，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算是分開的，就像兩個(gè)人在不同的房間里工作，要交流還得隔著墻喊話，效率肯定受影響。而北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光-彭練矛團(tuán)隊(duì)成功將鐵電晶體管物理柵長縮減至1納米極限，制備了迄今尺寸最小、功耗最低的鐵電晶體管。

據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，這個(gè)設(shè)計(jì)解決了FeFET長期存在的老毛病，比如能耗太高、電壓不匹配這些問題，為大規(guī)模應(yīng)用掃清了障礙。邱晨光教授表示：“FeFET 的內(nèi)存計(jì)算能力與人工智能芯片的未來發(fā)展方向高度契合。”

當(dāng)今人工智能發(fā)展飛速，全世界對(duì)計(jì)算能力的需求都在暴漲。要提升計(jì)算能力，一般有兩種思路：要么把芯片做得更大更快，要么改變芯片的“思維方式”。咱們中國科學(xué)家走的是第二條路，因?yàn)檫@個(gè)FeFET確實(shí)很特別——兼具存儲(chǔ)和計(jì)算能力。

不過，F(xiàn)eFET有個(gè)頭疼的問題：數(shù)據(jù)寫入和擦除需要大約1.5伏的電壓，而現(xiàn)代邏輯電路通常都在0.7伏以下工作。這就好比一扇特別厚重的門，雖然結(jié)實(shí)，但推起來特別費(fèi)勁。

邱教授的團(tuán)隊(duì)就利用先進(jìn)的加工技術(shù)，改進(jìn)了晶體管的結(jié)構(gòu)，把柵極電極的尺寸縮小到了只有1納米，實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)的精度。邱教授解釋說：“這樣就能在鐵電層內(nèi)形成強(qiáng)電場，讓FeFET能夠在低至 0.6 伏的電壓下以極低的外部能量工作?！?/p>

更厲害的是，這種納米柵FeFET的能耗只有國際上報(bào)道最低能耗值的十分之一，它還支持高速存儲(chǔ)操作，響應(yīng)時(shí)間快至 1.6 納秒。這速度，眨個(gè)眼的時(shí)間它都能完成上億次操作了。

這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了專利，代表著咱們完全獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。邱教授表示，這是國際上第一次發(fā)現(xiàn)FeFET器件在尺寸縮小時(shí)展現(xiàn)出意想不到的優(yōu)勢(shì)，證明了它在構(gòu)建未來亞納米節(jié)點(diǎn)芯片方面的巨大潛力。