后摩爾時代新器件基礎研究重大研究計劃2023年度項目指南

后摩爾時代新器件基礎研究重大研究計劃2023年度項目指南本重大研究計劃面向芯片自主發(fā)展的國家重大戰(zhàn)略需求，以芯片的基礎問題為核心，旨在發(fā)展后摩爾時代新器件和計算架構，突破芯片算力瓶頸，促進我國芯片研究水平的提升，支撐我國在芯片領域的科技創(chuàng)新。一、科學目標本重大研究計劃面向未來芯片算力問題，聚焦芯片領域發(fā)展前沿，擬通過信息、數(shù)理、材料、工程、生命等多學科的交叉融合，在超低能耗信息處理新機理、載流子近似彈道輸運新機理、具有高遷移率與高態(tài)密度的新材料、高密度集成新方法以及非馮計算新架構等方面取得突破，研制出1fJ以下開關能耗的超低功耗器件和超越硅基CMOS載流子輸運速度極限的高性能器件，實現(xiàn)算力提升2個數(shù)量級以上的非馮架構芯片，發(fā)展變革型基礎器件、集成方法和計算架構，培養(yǎng)一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領域的自主創(chuàng)新能力和國際地位。二、核心科學問題針對后摩爾時代芯片技術的算力瓶頸，圍繞以下三個核心科學問題展開研究：（一）CMOS器件能耗邊界及突破機理。需要重點解決以下關鍵問題：探尋CMOS器件進行單次信息處理的能耗邊界，研究突破該邊界的新機理，實現(xiàn)超低能耗下數(shù)據(jù)的計算、存儲和傳輸。（二）突破硅基速度極限的器件機制。需要重點解決以下關鍵問題：在探索同時具備載流子長自由程和高態(tài)密度的新材料體系基礎上，研究近似彈道輸運的器件機理，實現(xiàn)突破硅基載流子速度極限的高性能器件。（三）超越經(jīng)典馮?諾依曼架構能效的機制。需要重點解決以下關鍵問題：探尋計算與存儲融合的機制與方法，并結合新型信息編碼范式，實現(xiàn)新型計算架構，突破馮?諾依曼架構的能效瓶頸。三、2023年度資助的研究方向（一）培育項目。圍繞上述科學問題，以總體科學目標為牽引，2023年度擬資助探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好的申請項目，研究方向如下：1.超低功耗器件的理論、材料與集成技術。針對1fJ以下的開關能耗目標，研究超越CMOS的新原理邏輯、存儲、感知器件及其核心材料與集成技術；研究極端物理條件下的極低功耗信息處理與存儲機制及模型。2.高速高性能器件的理論、材料與集成技術。探究彈道輸運機制，尋求超越傳統(tǒng)硅基溝道自由程和態(tài)密度的半導體材料，研究并實現(xiàn)高彈道輸運系數(shù)的新型場效應器件；探索有限能耗下的信息高速處理、存取與傳輸新機制及其器件技術。3.高能效計算與存儲架構。探尋突破馮?諾伊曼能效瓶頸的新型計算架構和存儲架構，研究面向存內(nèi)計算新架構的設計方法學。（二）重點支持項目。圍繞核心科學問題，以總體科學目標為牽引，2023年擬資助前期研究成果積累較好、處于當前研究熱點前沿、對總體科學目標有較大貢獻的申請項目，研究方向如下：1.原子級溝道P型晶體管。研制高性能低功耗原子級溝道P型晶體管，溝道厚度小于1.5nm，遷移率大于100cm2/V?s，Vds

=1V時開態(tài)電流大于600μA/μm、關態(tài)電流小于100pA/μm。2.硅基新型神經(jīng)突觸器件。研制硅基新型神經(jīng)突觸器件，探索器件在電和近紅外光刺激下多電導態(tài)產(chǎn)生的光電協(xié)同機理，闡明影響器件及其陣列波動性、重復性的物理機制和突觸行為機理，并建立相關模型。實現(xiàn)陣列規(guī)模不小于4kbit，單次操作能耗低于1fJ、操作速度達到納秒量級、權重精度達到3bit以上，并實現(xiàn)基于神經(jīng)突觸陣列的神經(jīng)形態(tài)視覺。3.多元編碼融合的張量處理架構。研究隨機數(shù)、定點數(shù)、浮點數(shù)等兩種或多種新型編碼共融的編碼機制，以及數(shù)字域、時間域、頻率域多域融合的計算范式，數(shù)據(jù)精度可配置、數(shù)模計算異步協(xié)同的新型架構，探索編碼可重構、硬件可復用的電路設計技術，研制高精度的張量處理器芯片，8bit等效精度下的計算密度大于5TOPS/mm2、能效大于50TOPS/W。4.異構融合的高能效存內(nèi)搜索架構。研究非易失關聯(lián)存儲器及其集成技術、異構融合存內(nèi)搜索架構以及混合精度能效提升技術，單比特搜索能耗低于1fJ，在多模態(tài)信息檢索任務驗證中實現(xiàn)與軟件相當?shù)乃阉鳒蚀_率，8bit等效精度下的能效大于50TOPS/W。四、項目遴選的基本原則（一）緊密圍繞核心科學問題，鼓勵有價值的前沿探索和創(chuàng)新研究。（二）優(yōu)先資助能解決芯片中的實際難題、具有應用前景的研究項目。（三）鼓勵多學科交叉研究。（四）重點資助具有良好研究基礎和前期積累、對總體科學目標有直接貢獻的研究項目。五、2023年度資助計劃2023年度擬資助培育項目8項，資助直接費用約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日—2026年12月31日”；擬資助重點支持項目4項，資助直接費用約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日—2027年12月31日”。六、申請要求及注意事項（一）申請條件。本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：1.具有承擔基礎研究課題的經(jīng)歷；2.具有高級專業(yè)技術職務（職稱）。在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。（二）限項申請規(guī)定。執(zhí)行《2023年度國家自然科學基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關要求。（三）申請注意事項。申請人和依托單位應當認真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2023年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2023年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。1.本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交時間為2023年3月15日－3月20日16時。（1）申請人應當按照科學基金網(wǎng)絡信息系統(tǒng)（以下簡稱信息系統(tǒng)）中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，將對多學科相關研究進行戰(zhàn)略性的方向引導和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據(jù)本重大研究計劃擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內(nèi)容、技術路線和相應的研究經(jīng)費等。（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“后摩爾時代新器件基礎研究”，根據(jù)申請的具體研究內(nèi)容選擇相應的申請代碼。培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。（4）申請人在申請書“立項依據(jù)與研究內(nèi)容”部分，應當首先明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現(xiàn)本重大研究計劃總體科學目標的貢獻。如果申請人已經(jīng)承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區(qū)別與聯(lián)系。2.依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2023年3月20日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于3月21日16時前在線提交本單位項目申請清單。3.其他注意事項。（1）為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。（2）為加強項目的學術交流，促進