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北京大学
全球首个超薄铋基铁电晶体管问世 ,硬核为芯片突破“功耗墙”开辟新路径
在人工智能迅猛发展的北大清华今天 ,传统芯片架构正遭遇“功耗墙”与“存储墙”的让芯片更双重围堵——计算与存储分离导致海量数据搬运 ,能耗过大、硬核效率受限 。北大清华如何让芯片既快速又省电?让芯片更STEM北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队给出一项突破性答案:他们成功研制出全球首个晶圆级超薄 、均匀的新型铋基二维铁电氧化物,并基于此构建出工作电压超低(0.8伏)、耐久性极高(1.5×1012次循环)的高速铁电晶体管 ,其综合性能全面超越当前工业级铪基铁电体系 。相关成果日前在线发表于国际学术期刊《科学》 。
彭海琳介绍,长久以来,铁电材料因其可逆极化与非易失存储特性 ,被视为打通存算一体 、突破冯·诺依曼架构(在冯·诺依曼架构下,计算和存储是相互分离的)瓶颈的关键。然而,当芯片工艺逼近亚5纳米(小于5纳米)节点,传统铁电薄膜面临均匀性差 、职教界面缺陷多 、厚度减薄后铁电性骤降等难题。研究团队创新性依托其自主研发的高迁移率铋基二维半导体Bi2O2Se(硒氧化铋) ,首次实现了原子级平整的二维铁电自然氧化物Bi2SeO5(硒酸铋)及异质结构晶圆级均匀制备。这种新型铁电氧化物不仅具有高达24的介电常数和超过600℃的高温结构稳定性,更在单晶胞厚度(约1纳米)下仍保持优异铁电性,彻底摆脱了传统铁电材料的尺寸限制。

二维高κ铁电氧化物α-Bi2SeO5的晶圆级均匀制备及铁电性 。
在此基础上,研究团队还制备出高性能铁电晶体管阵列,能效领先其他存储技术1至2个数量级,并展现出32个稳定多级存储态与超10年数据保持能力。尤为亮眼的是,在0.8伏超低电压和20纳秒高速写入条件下 ,留学器件经受住1.5万亿次循环考验,可靠性远超云端AI计算的严苛标准。更进一步,团队利用该器件构建出可动态重构的存内逻辑电路——在低于1伏的常规CMOS电压下 ,同一器件既能执行逻辑运算 ,又能切换为非易失存储,真正实现“一器两用” ,为未来自适应智能芯片开辟了新范式。

二维α-Bi2SeO5/Bi2O2Se铁电晶体管器件及性能 。
审稿人评价 ,该工作“解决了二维铁电材料晶圆级集成难题,彰显出显著的应用潜力” ,并“对铁电材料和器件领域产生深远影响,为铁电二维电子学发展打开了大门”。考研

低功耗二维α-Bi2SeO5/Bi2O2Se铁电晶体管基可重构的存内逻辑电路。
“这项原创成果为发展下一代高性能、低功耗芯片技术提供了全新的材料平台与集成路径。”彭海琳说 。
清华大学
弯折4万余次性能不减,柔性AI芯片技术再获突破
既能随意折叠、卷曲 ,又不影响正常工作;哪怕经历4万次反复弯折,核心计算能力依然稳定如初,还能扛住高低温、潮湿环境与光照老化考验 。近日,清华大学集成电路学院任天令教授团队及合作单位成功研发并提出FLEXI——面向边缘智能加速的柔性数字存内计算芯片。
相关研究成果日前发表于国际学术期刊《自然》,标志着我国在柔性电子与边缘人工智能硬件领域取得重要突破 ,填补了高性能柔性AI计算芯片的技术空白,为柔性电子器件在移动医疗 、嵌入式智能及其他边缘计算场景中的应用奠定了基础。
近年来 ,随着智慧医疗、虚拟现实 、可穿戴设备等新应用场景不断涌现,可与人体舒适贴合的柔性电路芯片,被视作未来智能硬件的新载体。然而 ,受制于计算能力和能效水平 ,现有柔性电路多以传感和信号采集为主,难以支撑高性能人工智能算法的本地运行。如何在柔性形态下实现高效、可靠的边缘计算,成为制约相关应用发展的关键问题 。

基于LTPS-TFT技术的柔性晶圆与芯片结构示意图 :单个die集成 FLEXI-1 、FLEXI-4、FLEXI-32 及测试结构;包含12个die的本征柔性芯片;柔性芯片三维结构示意。
FLEXI既有柔性电路轻薄 、可弯曲的独特优势 ,相较现有柔性计算芯片又具有显著的性能和稳定性优势 ,同时实现了低成本与高能效
