后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃2023年度項(xiàng)目指南

后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃2023年度項(xiàng)目指南本重大研究計(jì)劃面向芯片自主發(fā)展的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，以芯片的基礎(chǔ)問題為核心，旨在發(fā)展后摩爾時(shí)代新器件和計(jì)算架構(gòu)，突破芯片算力瓶頸，促進(jìn)我國(guó)芯片研究水平的提升，支撐我國(guó)在芯片領(lǐng)域的科技創(chuàng)新。一、科學(xué)目標(biāo)本重大研究計(jì)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、材料、工程、生命等多學(xué)科的交叉融合，在超低能耗信息處理新機(jī)理、載流子近似彈道輸運(yùn)新機(jī)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(jì)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(yùn)速度極限的高性能器件，實(shí)現(xiàn)算力提升2個(gè)數(shù)量級(jí)以上的非馮架構(gòu)芯片，發(fā)展變革型基礎(chǔ)器件、集成方法和計(jì)算架構(gòu)，培養(yǎng)一支有國(guó)際影響力的研究隊(duì)伍，提升我國(guó)在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際地位。二、核心科學(xué)問題針對(duì)后摩爾時(shí)代芯片技術(shù)的算力瓶頸，圍繞以下三個(gè)核心科學(xué)問題展開研究：（一）CMOS器件能耗邊界及突破機(jī)理。需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問題：探尋CMOS器件進(jìn)行單次信息處理的能耗邊界，研究突破該邊界的新機(jī)理，實(shí)現(xiàn)超低能耗下數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸。（二）突破硅基速度極限的器件機(jī)制。需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問題：在探索同時(shí)具備載流子長(zhǎng)自由程和高態(tài)密度的新材料體系基礎(chǔ)上，研究近似彈道輸運(yùn)的器件機(jī)理，實(shí)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(gòu)能效的機(jī)制。需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問題：探尋計(jì)算與存儲(chǔ)融合的機(jī)制與方法，并結(jié)合新型信息編碼范式，實(shí)現(xiàn)新型計(jì)算架構(gòu)，突破馮?諾依曼架構(gòu)的能效瓶頸。三、2023年度資助的研究方向（一）培育項(xiàng)目。圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2023年度擬資助探索性強(qiáng)、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的申請(qǐng)項(xiàng)目，研究方向如下：1.超低功耗器件的理論、材料與集成技術(shù)。針對(duì)1fJ以下的開關(guān)能耗目標(biāo)，研究超越CMOS的新原理邏輯、存儲(chǔ)、感知器件及其核心材料與集成技術(shù)；研究極端物理?xiàng)l件下的極低功耗信息處理與存儲(chǔ)機(jī)制及模型。2.高速高性能器件的理論、材料與集成技術(shù)。探究彈道輸運(yùn)機(jī)制，尋求超越傳統(tǒng)硅基溝道自由程和態(tài)密度的半導(dǎo)體材料，研究并實(shí)現(xiàn)高彈道輸運(yùn)系數(shù)的新型場(chǎng)效應(yīng)器件；探索有限能耗下的信息高速處理、存取與傳輸新機(jī)制及其器件技術(shù)。3.高能效計(jì)算與存儲(chǔ)架構(gòu)。探尋突破馮?諾伊曼能效瓶頸的新型計(jì)算架構(gòu)和存儲(chǔ)架構(gòu)，研究面向存內(nèi)計(jì)算新架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法學(xué)。（二）重點(diǎn)支持項(xiàng)目。圍繞核心科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2023年擬資助前期研究成果積累較好、處于當(dāng)前研究熱點(diǎn)前沿、對(duì)總體科學(xué)目標(biāo)有較大貢獻(xiàn)的申請(qǐng)項(xiàng)目，研究方向如下：1.原子級(jí)溝道P型晶體管。研制高性能低功耗原子級(jí)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(shí)開態(tài)電流大于600μA/μm、關(guān)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(dǎo)態(tài)產(chǎn)生的光電協(xié)同機(jī)理，闡明影響器件及其陣列波動(dòng)性、重復(fù)性的物理機(jī)制和突觸行為機(jī)理，并建立相關(guān)模型。實(shí)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(dá)到納秒量級(jí)、權(quán)重精度達(dá)到3bit以上，并實(shí)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(gòu)。研究隨機(jī)數(shù)、定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等兩種或多種新型編碼共融的編碼機(jī)制，以及數(shù)字域、時(shí)間域、頻率域多域融合的計(jì)算范式，數(shù)據(jù)精度可配置、數(shù)模計(jì)算異步協(xié)同的新型架構(gòu)，探索編碼可重構(gòu)、硬件可復(fù)用的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，研制高精度的張量處理器芯片，8bit等效精度下的計(jì)算密度大于5TOPS/mm2、能效大于50TOPS/W。4.異構(gòu)融合的高能效存內(nèi)搜索架構(gòu)。研究非易失關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器及其集成技術(shù)、異構(gòu)融合存內(nèi)搜索架構(gòu)以及混合精度能效提升技術(shù)，單比特搜索能耗低于1fJ，在多模態(tài)信息檢索任務(wù)驗(yàn)證中實(shí)現(xiàn)與軟件相當(dāng)?shù)乃阉鳒?zhǔn)確率，8bit等效精度下的能效大于50TOPS/W。四、項(xiàng)目遴選的基本原則（一）緊密圍繞核心科學(xué)問題，鼓勵(lì)有價(jià)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(shí)際難題、具有應(yīng)用前景的研究項(xiàng)目。（三）鼓勵(lì)多學(xué)科交叉研究。（四）重點(diǎn)資助具有良好研究基礎(chǔ)和前期積累、對(duì)總體科學(xué)目標(biāo)有直接貢獻(xiàn)的研究項(xiàng)目。五、2023年度資助計(jì)劃2023年度擬資助培育項(xiàng)目8項(xiàng)，資助直接費(fèi)用約為80萬元/項(xiàng)，資助期限為3年，培育項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2024年1月1日—2026年12月31日”；擬資助重點(diǎn)支持項(xiàng)目4項(xiàng)，資助直接費(fèi)用約為300萬元/項(xiàng)，資助期限為4年，重點(diǎn)支持項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2024年1月1日—2027年12月31日”。六、申請(qǐng)要求及注意事項(xiàng)（一）申請(qǐng)條件。本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)具備以下條件：1.具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；2.具有高級(jí)專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）。在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)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(qǐng)人進(jìn)行申請(qǐng)。（二）限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定。執(zhí)行《2023年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》“申請(qǐng)規(guī)定”中限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定的相關(guān)要求。（三）申請(qǐng)注意事項(xiàng)。申請(qǐng)人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項(xiàng)目指南、《2023年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》和《關(guān)于2023年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目申請(qǐng)與結(jié)題等有關(guān)事項(xiàng)的通告》中相關(guān)要求。1.本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)行無紙化申請(qǐng)。申請(qǐng)書提交時(shí)間為2023年3月15日－3月20日16時(shí)。（1）申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱信息系統(tǒng)）中重大研究計(jì)劃項(xiàng)目的填報(bào)說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請(qǐng)書及附件材料。（2）本重大研究計(jì)劃旨在緊密圍繞核心科學(xué)問題，將對(duì)多學(xué)科相關(guān)研究進(jìn)行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢(shì)整合，成為一個(gè)項(xiàng)目集群。申請(qǐng)人應(yīng)根據(jù)本重大研究計(jì)劃擬解決的具體科學(xué)問題和項(xiàng)目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項(xiàng)目名稱、科學(xué)目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費(fèi)等。（3）申請(qǐng)書中的資助類別選擇“重大研究計(jì)劃”，亞類說明選擇“培育項(xiàng)目”或“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”，附注說明選擇“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”，根據(jù)申請(qǐng)的具體研究?jī)?nèi)容選擇相應(yīng)的申請(qǐng)代碼。培育項(xiàng)目和重點(diǎn)支持項(xiàng)目的合作研究單位不得超過2個(gè)。（4）申請(qǐng)人在申請(qǐng)書“立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容”部分，應(yīng)當(dāng)首先明確說明申請(qǐng)符合本項(xiàng)目指南中的資助研究方向，以及對(duì)解決本重大研究計(jì)劃核心科學(xué)問題、實(shí)現(xiàn)本重大研究計(jì)劃總體科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。如果申請(qǐng)人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計(jì)劃相關(guān)的其他科技計(jì)劃項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)在申請(qǐng)書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請(qǐng)項(xiàng)目與其他相關(guān)項(xiàng)目的區(qū)別與聯(lián)系。2.依托單位應(yīng)當(dāng)按照要求完成依托單位承諾、組織申請(qǐng)以及審核申請(qǐng)材料等工作。在2023年3月20日16時(shí)前通過信息系統(tǒng)逐項(xiàng)確認(rèn)提交本單位電子申請(qǐng)書及附件材料，并于3月21日16時(shí)前在線提交本單位項(xiàng)目申請(qǐng)清單。3.其他注意事項(xiàng)。（1）為實(shí)現(xiàn)重大研究計(jì)劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項(xiàng)目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計(jì)劃其他項(xiàng)目之間的相互支撐關(guān)系。（2）為加強(qiáng)項(xiàng)目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)