手機(jī)超長(zhǎng)待機(jī)靠TA

未來(lái)智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)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)備無(wú)需頻繁充電——這些關(guān)于低功耗電子產(chǎn)品的美好愿景，正因一項(xiàng)關(guān)鍵突破而加速照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員—彭練矛院士團(tuán)隊(duì)，帶來(lái)一項(xiàng)“四兩撥千斤”的硬核突破——成功研制出一種新型 “納米柵超低功耗鐵電晶體管” 。它就像一個(gè)能量消耗極低的 “記憶開(kāi)關(guān)” ，為解決芯片高能耗問(wèn)題找到了新路徑。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》。

它牛在哪？

“簡(jiǎn)單說(shuō)，它用一個(gè)極其巧妙的設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)芯片的一大難題：電腦和手機(jī)處理器（CPU）在處理數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)和計(jì)算是分開(kāi)的，數(shù)據(jù)在兩個(gè)模塊之間來(lái)回搬運(yùn)，不僅費(fèi)時(shí)，也很費(fèi)電。就像廚師做菜時(shí)，每放一次調(diào)料都得跑回倉(cāng)庫(kù)拿，時(shí)間和體力都浪費(fèi)了。”邱晨光說(shuō)，鐵電晶體管被寄予厚望，就是因?yàn)樗?“存算一體”（既是倉(cāng)庫(kù)又是灶臺(tái)），斷電了信息也不會(huì)丟。但它的致命短板是操作電壓太高，導(dǎo)致功耗巨大，難以實(shí)際應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)的突破在于，他們把晶體管的關(guān)鍵部件——柵極，縮小到了1納米。

這是什么概念？一根頭發(fā)絲的直徑大約是8萬(wàn)—10萬(wàn)納米。

在這個(gè)原子級(jí)別尺度上，他們?cè)斐隽艘粋€(gè)極細(xì)的“電場(chǎng)探針”。通電后，電場(chǎng)能量會(huì)像水流匯聚到針尖一樣高度集中。結(jié)果就是，只需施加0.6伏的微小電壓，就能輕松撥動(dòng)這個(gè)“開(kāi)關(guān)”，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。邱晨光舉例：“就像用一根極細(xì)的針把力量集中在一點(diǎn)，輕松撬動(dòng)了原本需要大力氣才能搬動(dòng)的重物。”

“這種設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)鐵電晶體管的物理限制，讓電壓效率提升至125%，真正實(shí)現(xiàn)了超低功耗下的數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)。”

這組數(shù)據(jù)意味著什么？

電壓更低：0.6伏的工作電壓，低于現(xiàn)在主流芯片的0.7伏。

能耗驟降：開(kāi)關(guān)能耗比國(guó)際最好水平降低了整整一個(gè)數(shù)量級(jí)。

效率突破：電壓效率首次突破了鐵電材料的理論極限。

這項(xiàng)技術(shù)有什么用？

“如果未來(lái)走向?qū)嵱茫钶d這種芯片的手機(jī)、可穿戴設(shè)備、自動(dòng)駕駛儀、云端服務(wù)器，都能用極少的電量完成大量計(jì)算和存儲(chǔ)任務(wù)。”彭練矛說(shuō)，對(duì)于正在飛速發(fā)展的AI技術(shù)來(lái)說(shuō)，這更是一劑良藥。如今的大模型和芯片都是“電老虎”，能耗已成為繼續(xù)提升算力的最大阻礙。而這種“越小越省電、越小越好用”的新器件，為突破這堵墻打開(kāi)了一扇新的大門。

來(lái)源：光明日?qǐng)?bào)（記者：晉浩天）

編輯：崔婷婷 編審：高源