未來(lái)，智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)周超長(zhǎng)待機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器電池續(xù)航數(shù)年、可穿戴設(shè)備告別頻繁充電，這些曾被視為科幻場(chǎng)景的愿景，正隨著一項(xiàng)顛覆性技術(shù)突破加速成為現(xiàn)實(shí)。北京大學(xué)電子學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)近日宣布，成功研制出全球首款“納米柵超低功耗鐵電晶體管”，這項(xiàng)被國(guó)際學(xué)術(shù)界評(píng)價(jià)為“四兩撥千斤”的創(chuàng)新成果，為解決芯片能耗難題開(kāi)辟了全新路徑。

傳統(tǒng)芯片架構(gòu)中，存儲(chǔ)與計(jì)算模塊的物理分離導(dǎo)致數(shù)據(jù)頻繁搬運(yùn)，如同廚師烹飪時(shí)需反復(fù)往返倉(cāng)庫(kù)取調(diào)料，既浪費(fèi)時(shí)間又消耗能量。研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人邱晨光研究員指出，鐵電晶體管雖具備“存算一體”特性——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)致的巨大功耗始終制約著實(shí)際應(yīng)用。此次突破的關(guān)鍵在于，團(tuán)隊(duì)將晶體管核心部件柵極尺寸壓縮至1納米級(jí)別。

這個(gè)尺寸相當(dāng)于將頭發(fā)絲直徑（約8萬(wàn)至10萬(wàn)納米）縮小十萬(wàn)倍。在原子級(jí)精度的操控下，科研人員構(gòu)建出極細(xì)的“電場(chǎng)探針”，使通電時(shí)電場(chǎng)能量如水流匯聚針尖般高度集中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，僅需施加0.6伏微小電壓即可精準(zhǔn)操控晶體管開(kāi)關(guān)，較主流芯片0.7伏工作電壓降低14%，開(kāi)關(guān)能耗較國(guó)際最優(yōu)水平下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，電壓效率突破鐵電材料理論極限達(dá)125%。

“這相當(dāng)于用繡花針撬動(dòng)巨石?！鼻癯抗庑蜗蟊扔鞯?。通過(guò)重構(gòu)晶體管物理結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)成功破解了傳統(tǒng)鐵電器件“高能耗”與“高性能”不可兼得的矛盾。該成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)·進(jìn)展》，審稿人評(píng)價(jià)其“重新定義了低功耗電子器件的可能性邊界”。

這項(xiàng)技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)界的潛在影響正在顯現(xiàn)。團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家彭練矛教授透露，采用該晶體管的芯片可使移動(dòng)終端、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、云端服務(wù)器等設(shè)備在極低功耗下完成海量計(jì)算任務(wù)。特別對(duì)于能耗巨大的AI大模型訓(xùn)練而言，這種“尺寸越小越省電”的特性，為突破算力提升的能耗瓶頸提供了關(guān)鍵解決方案。目前，研究團(tuán)隊(duì)正與多家半導(dǎo)體企業(yè)推進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化，預(yù)計(jì)3-5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用落地。