面向我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求,，針對后摩爾時代芯片發(fā)展中最本質(zhì)的算力瓶頸問題，國家自然科學(xué)基金委員會2019年啟動了“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃，旨在通過新材料,、新原理,、新結(jié)構(gòu),、新器件和新架構(gòu)的創(chuàng)新研究,，突破芯片算力瓶頸，提升我國芯片研究水平,。
為進一步做好“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃的項目立項和資助工作,，經(jīng)本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組會議討論決定，面向科技界征集2022年度項目指南建議,。
一,、科學(xué)目標
本重大研究計劃面向未來芯片算力問題，聚焦芯片領(lǐng)域發(fā)展前沿,，擬通過信息、數(shù)理,、工程材料,、生命等多學(xué)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(gòu)等方面取得突破,，研制出1fJ以下開關(guān)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?諾伊曼架構(gòu)芯片，發(fā)展變革型基礎(chǔ)器件,、集成方法和計算架構(gòu),，培養(yǎng)一支有國際影響力的研究隊伍,，提升我國在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國際地位。
二,、核心科學(xué)問題
為實現(xiàn)總體科學(xué)目標,，本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學(xué)問題展開研究：
（一）器件能耗邊界及突破機理
傳統(tǒng)MOSFET器件的亞閾值擺幅受熱力學(xué)的限制存在理論極限,，在室溫下不低于60 mV/dec,，這使得基于MOSFET器件的芯片不能無限制地通過減小工作電壓來降低功耗。并且,，隨著MOSFET器件尺寸縮小,，玻爾茲曼統(tǒng)計漲落導(dǎo)致的器件不確定性使其功耗與尺寸縮小之間存在難以調(diào)和的矛盾。
本計劃將探尋傳統(tǒng)MOSFET器件的能耗邊界,，研究突破該邊界的輸運新機理,，實現(xiàn)極低功耗下的計算、存儲和傳輸,。
?。ǘ┍平俣葮O限的輸運機制
傳統(tǒng)MOSFET器件的輸運特性同時受到輸運速度和態(tài)密度的影響。一般來說,，載流子平均自由程越大,，輸運速度越接近熱注入速度的彈道輸運極限；另一方面,，態(tài)密度越高,，器件的電流輸運能力越高。在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料中,，二者存在著本質(zhì)性矛盾,，使得器件性能難以獲得持續(xù)提升。
本計劃將探索實現(xiàn)長自由程和高態(tài)密度材料體系和近似彈道輸運的器件機理,，逼近載流子彈道輸運速度極限,，實現(xiàn)超越傳統(tǒng)MOSFET的高性能器件。
?。ㄈ┏今T氏架構(gòu)能效的機制
傳統(tǒng)馮?諾依曼計算架構(gòu)的計算速度和信息存儲的讀寫速度之間存在巨大的鴻溝,，被稱為“存儲墻”問題。在計算系統(tǒng)處理實時海量數(shù)據(jù)時,，總線中頻繁但速度受限的數(shù)據(jù)交換已成為限制算力提升的瓶頸,。另一方面，傳統(tǒng)計算范式以二進制編碼為基礎(chǔ),，而器件漲落的不確定性與二進制編碼的確定性之間存在矛盾,，需要更多的硬件開銷和功耗代價予以糾正，限制了大規(guī)模計算的能耗效率,。
本計劃將探尋基于新型信息載體和編碼方式的計算與存儲單元,，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建突破馮?諾依曼架構(gòu)能效瓶頸的新型計算架構(gòu)與范式,。
三、指南建議書主要內(nèi)容
根據(jù)《國家自然科學(xué)基金重大研究計劃管理辦法》,，重大研究計劃項目包括培育項目,、重點支持項目、集成項目和戰(zhàn)略研究項目4個亞類,，本次指南建議征集主要針對培育項目和重點支持項目2個亞類,，其中：
（一）培育項目是指符合重大研究計劃的研究目標和資助范圍,，創(chuàng)新性明顯,，尚需在研究中進一步明確突破方向和凝聚研究力量的項目。
?。ǘ┲攸c支持項目是指研究方向?qū)儆趪H前沿,，創(chuàng)新性強，有很好的研究基礎(chǔ)和研究隊伍,，有望取得重要研究成果,，并且對重大研究計劃目標的完成有重要作用的項目。
指南建議書主要內(nèi)容包括：
?。ㄒ唬鉀Q本重大研究計劃核心科學(xué)問題,、實現(xiàn)總體目標的貢獻；
?。ǘ﹪@解決核心科學(xué)問題擬開展的主要研究內(nèi)容,；
（三）預(yù)期可能取得的突破性進展及其可行性論證,；
?。ㄋ模┙ㄗh資助項目亞類說明。
四,、近兩年已發(fā)布指南方向
?。ㄒ唬?/span>2020年度項目指南：http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab568/info77917.htm
（二）2021年度項目指南：http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab948/info79814.htm
五,、指南建議書提交方式
請于2021年10月25日前將“指南建議書”Word電子版文件（見附件）發(fā)至信息科學(xué)部四處電子郵箱,。
郵箱：[email protected]
聯(lián)系電話：010-62327143（孫玲）
附：“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃2022年度項目指南建議書模板
國家自然科學(xué)基金委員會
信息科學(xué)部
