北大連夜宣布好消息！攻克1納米芯片技術(shù)，中國(guó)又“換道超車”

如果說(shuō)這個(gè)2月有什么讓科技圈為之一振的消息，那一定是北京大學(xué)在芯片領(lǐng)域投下的這顆“重磅炸彈”。

北京大學(xué)的夜并非寂靜無(wú)聲，而是被一則足以改變行業(yè)格局的喜訊點(diǎn)亮。

電子學(xué)院邱晨光研究員-彭練矛院士團(tuán)隊(duì)向外界官宣，他們成功研制出了迄今世界上尺寸最小、功耗最低的鐵電晶體管，物理柵長(zhǎng)足足縮到了1納米的極限！

很多朋友可能對(duì)這個(gè)“1納米”沒(méi)什么概念，也不太清楚這個(gè)“鐵電晶體管”到底是什么來(lái)頭。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，咱們現(xiàn)在的手機(jī)、電腦越跑越快，但也越來(lái)越燙，這背后的根源就是芯片里的“存儲(chǔ)”和“計(jì)算”是分開(kāi)的。

數(shù)據(jù)就像在“倉(cāng)庫(kù)”和“廚房”之間來(lái)回搬運(yùn)，不僅累（費(fèi)電），而且慢（延遲高）。鐵電晶體管的厲害之處在于，它能把“倉(cāng)庫(kù)”和“廚房”合二為一，既能存又能算，學(xué)術(shù)界稱之為“存算一體”。

這東西被看作是未來(lái)AI芯片的“夢(mèng)中情件”，因?yàn)樗７铝巳四X神經(jīng)元的工作方式，特別適合神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。

理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，以前的鐵電晶體管有個(gè)致命的“命門”——能耗太高。你想讓它工作，就得給它加高電壓。

這就好比你要想撬動(dòng)一塊大石頭，必須得掄大錘，費(fèi)勁不說(shuō)，還不一定能匹配現(xiàn)有的邏輯電路，這導(dǎo)致它雖然潛力巨大，卻一直像個(gè)“電老虎”，難以大規(guī)模商用。

北大團(tuán)隊(duì)的突破就在于，他們用一種極具巧思的“納米柵極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，解決了這個(gè)世界級(jí)難題。

他們把晶體管的柵極長(zhǎng)度縮小到了原子級(jí)別的1納米。這得有多細(xì)？一根頭發(fā)絲的直徑大約是8萬(wàn)到10萬(wàn)納米。

在這個(gè)尺度下，電場(chǎng)能量像水流匯聚到針尖一樣，被高度集中在一個(gè)點(diǎn)上。

結(jié)果就是，只需要施加僅僅0.6伏的微小電壓，就能用“四兩撥千斤”的方式，輕松撥動(dòng)這個(gè)開(kāi)關(guān)，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

這就好比以前需要大力士才能搬動(dòng)的巨石，現(xiàn)在給你一根極細(xì)的針，找準(zhǔn)支點(diǎn)輕輕一撬就起來(lái)了，邱晨光研究員打了個(gè)比方，這就像是給電場(chǎng)加了個(gè)“杠桿放大”。

數(shù)據(jù)是相當(dāng)驚艷的，這個(gè)器件的能耗比國(guó)際現(xiàn)有的最好水平，整整降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)！這不僅僅是好了一點(diǎn)點(diǎn)，而是直接甩開(kāi)了對(duì)手一條街。

這項(xiàng)突破的現(xiàn)實(shí)意義怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)，現(xiàn)在正處于AI大爆發(fā)的時(shí)代，無(wú)論是跑大模型的訓(xùn)練中心，還是手里的手機(jī)，其實(shí)都被“功耗墻”卡住了脖子。

北大研發(fā)的這款器件，工作電壓比主流芯片的0.7伏還要低，開(kāi)關(guān)能耗卻驟降十倍，這意味著未來(lái)如果能落地，我們的數(shù)據(jù)中心、自動(dòng)駕駛汽車、甚至手機(jī)，都能在極低電量下完成海量運(yùn)算。

這其實(shí)又一次印證了那句話，在芯片這條賽道上，中國(guó)正在用“換道超車”代替“彎道超車”。為什么這么說(shuō)？

因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的硅基芯片賽道上，chasing摩爾定律的盡頭越來(lái)越難，成本高到離譜。

但是，當(dāng)物理尺寸縮小到1納米這個(gè)量級(jí)，傳統(tǒng)規(guī)則已經(jīng)失效。這次北大團(tuán)隊(duì)走的路子不是簡(jiǎn)單的物理微縮，而是基于新原理、新結(jié)構(gòu)的顛覆性創(chuàng)新。

值得注意的是，就在這兩天，科技圈還有一個(gè)熱詞就是“光”和“換道”。剛剛結(jié)束的兩會(huì)上，潘建偉院士、胡炳樑代表都在熱議“光電融合”和“光子芯片”。

無(wú)論是光計(jì)算，還是北大的1納米鐵電晶體管，背后的邏輯都是一樣的，當(dāng)西方還在傳統(tǒng)路線上內(nèi)卷時(shí)，我們已經(jīng)開(kāi)始在“后摩爾時(shí)代”的新材料、新物理機(jī)制上布局了。

利用“納米柵”這種特殊結(jié)構(gòu)，讓能耗降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，這本質(zhì)上就是技術(shù)路線的超越。

根據(jù)官方發(fā)布的消息，這項(xiàng)成果已經(jīng)在線發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。這證明了這項(xiàng)研究不僅真實(shí)可靠，而且得到了全球同行的認(rèn)可，彭練矛院士更是直言，這對(duì)于正在飛速發(fā)展的AI技術(shù)來(lái)說(shuō)是一劑“良藥”。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)室的原型器件到真正大規(guī)模量產(chǎn)，中間還有很長(zhǎng)的路要走。

但這至少證明了，在1納米的“原子級(jí)戰(zhàn)場(chǎng)”上，中國(guó)科研人員不僅沒(méi)有缺席，反而沖在了最前面，這給未來(lái)國(guó)產(chǎn)高算力AI芯片的發(fā)展，奠定了一塊無(wú)比堅(jiān)實(shí)的地基。