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。
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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。
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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”。
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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。
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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。
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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。
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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”。
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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。
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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。
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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。
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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”。
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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。
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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”。
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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。
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