據(jù)科技日報報道，北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員—彭練矛院士團(tuán)隊取得重大科技突破，創(chuàng)造性地制備了迄今尺寸最小、功耗最低的鐵電晶體管，其物理柵長縮減至極限1納米，能耗比國際最好水平降低一個數(shù)量級，有望為AI芯片算力和能效提升提供核心器件支撐，推動國產(chǎn)AI芯片技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

AI生成

據(jù)悉，鐵電晶體管（FeFET）是下一代AI芯片的核心器件，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體邏輯晶體管不同，其同時兼具存儲和計算能力，能夠有效提升AI芯片的算力密度、降低能耗，在AI大模型訓(xùn)練、高性能計算等場景具有廣泛應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)鐵電晶體管長期存在能耗過高、邏輯電壓不匹配等短板，限制了其大規(guī)模應(yīng)用，成為制約AI芯片能效提升的核心瓶頸。

為破解這一技術(shù)難題，北大研究團(tuán)隊經(jīng)過長期攻關(guān)，利用納米柵極結(jié)構(gòu)設(shè)計，巧妙解決了鐵電材料“改變極化狀態(tài)”需要高電壓高能耗的問題。研究團(tuán)隊持續(xù)精進(jìn)工藝，將鐵電晶體管的物理柵長縮減至原子尺度的1納米，這一精度創(chuàng)下全球同類器件的最小紀(jì)錄，同時促成鐵電層內(nèi)部形成高強(qiáng)度電場，僅需0.6V電壓激發(fā)，即可輕松翻轉(zhuǎn)鐵電極化，大幅降低器件能耗。

性能測試顯示，這款1納米鐵電晶體管的能耗比國際最好水平整整降低了一個數(shù)量級，同時具備超高集成度、快速響應(yīng)等優(yōu)勢，能夠有效適配AI芯片高算力、低能耗的核心需求。邱晨光研究員表示，這一技術(shù)打破了傳統(tǒng)鐵電晶體管的物理限制，不僅能為構(gòu)建高能效數(shù)據(jù)中心提供核心器件方案，也為發(fā)展下一代高算力人工智能芯片奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，助力國產(chǎn)AI芯片擺脫對海外核心器件的依賴。

此次突破恰逢國內(nèi)AI芯片市場需求爆發(fā)式增長的關(guān)鍵時期。據(jù)弗若斯特沙利文報告顯示，中國算力規(guī)模從2020年的136.20EFLOPs增長至2024年的617.00EFLOPs，年均復(fù)合增長率達(dá)45.9%，預(yù)計到2029年將達(dá)到3442.89EFLOPs；中國AI芯片市場規(guī)模將從2024年的1425億元激增至1.34萬億元，2025年至2029年年均復(fù)合增長率達(dá)53.7%。

業(yè)內(nèi)專家表示，北大團(tuán)隊的這一技術(shù)突破，填補(bǔ)了國內(nèi)原子尺度鐵電晶體管領(lǐng)域的空白，打破了國際巨頭在AI芯片核心器件領(lǐng)域的壟斷，對推動國產(chǎn)AI芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。隨著下游AI應(yīng)用市場迅速擴(kuò)張，AI計算加速芯片的市場需求持續(xù)攀升，這款1納米鐵電晶體管的產(chǎn)業(yè)化落地，將進(jìn)一步提升國產(chǎn)AI芯片的核心競爭力，推動AI算力成本持續(xù)下降、性能不斷提升，助力我國在全球AI芯片賽道中搶占先機(jī)。