关在发布后摩尔时代新器件根蒂根基研究庞大研究规划2024年度工程指南的布告

国科金发计〔2024〕137号

国度天然科学基金委员会现发布后摩尔时代新器件根蒂根基研究庞大研究规划2024年度工程指南，请申请人及依托单元按工程指南所述要乞降留意事变申请。

国度天然科学基金委员会

2024年5月21日

后摩尔时代新器件根蒂根基研究庞大研究规划2024年度工程指南

本庞大研究规划面向芯片自立成长的国度庞大战略需求，以芯片的根蒂根基问题为焦点，旨于成长后摩尔时代新器件以及计较架构，冲破芯片算力瓶颈，促成我国芯片研究程度的晋升，支撑我国于芯片范畴的科技立异。

1、科学方针

本庞大研究规划面向将来芯片算力问题，聚焦芯片范畴成长前沿，拟经由过程信息、数学、物理、质料、项目、生命等多学科的交织交融，于超低能耗信息处置惩罚新机理、载流子类似弹道输运新机理、具备高迁徙率与高态密度的新质料、高密度集成新要领和非冯计较新架构等方面取患上冲破，研制出1fJ如下开关能耗的超低功耗器件以及逾越硅基CMOS载流子输运速率极限的高机能器件，实现算力晋升2个数目级以上的非冯架构芯片，成长厘革型根蒂根基器件、集成要领以及计较架构，造就一支有国际影响力的研究步队，晋升我国于芯片范畴的自立立异威力以及国际职位地方。

2、焦点科学问题

针对于后摩尔时代芯片技能的算力瓶颈，缭绕如下三个焦点科学问题睁开研究：

（一）CMOS器件能耗界限及冲破机理。

需要重点解决如下要害问题：探访CMOS器件举行单次信息处置惩罚的能耗界限，研究冲破该界限的新机理，实现超低能耗下数据的计较、存储以及传输。

（二）冲破硅基速率极限的器件机制。

需要重点解决如下要害问题：于摸索同时具有载流子长自由程以及高态密度的新质料系统根蒂根基上，研究类似弹道输运的器件机理，实现冲破硅基载流子速率极限的高机能器件。

（三）逾越经典冯?诺依曼架构能效的机制。

需要重点解决如下要害问题：探访计较与存储交融的机制与要领，并联合新型信息编码范式，实现新型计较架构，冲破冯?诺依曼架构的能效瓶颈。

3、2024年度重点资助研究标的目的

（一）培育工程。

缭绕上述科学问题，以整体科学方针为牵引，拟资助摸索性强、选题新奇、前期研究根蒂根基较好的培育工程5项，研究标的目的包孕但不限在如下内容：

1. 超低功耗器件的理论、质料与集成技能。

针对于1fJ如下的开关能耗方针，研究逾越CMOS的新道理逻辑、存储器件及其焦点质料与集成技能；研究极度物理前提下的极低功耗信息处置惩罚与存储机制及模子。

2. 高速高机能器件的理论、质料与集成技能。

探究弹道输运机制，追求高迁徙率以及高态密度的硅基兼容半导体新质料，研究并实现高弹道输运系数的新型场效应器件；摸索有限能耗下的信息高速处置惩罚、存取与传输新机制及其器件技能。

3. 高能效计较与存储架构。

探访冲破冯诺伊曼能效瓶颈的新型计较架谈判存储架构，研究面向存内计较新架构的设计要领学。

（二）重点撑持工程。

缭绕焦点科学问题，以整体科学方针为牵引，拟资助前期研究结果堆集较好、处在当前前沿热门、对于整体方针有较年夜孝敬的重点撑持工程6项，标的目的以下：

1.超低温下的弹道输运器件。

面向低功耗高机能需求，研制低温弹道输运器件，低在77K 事情温度下，栅极过驱动电压以及漏极电压同时小在0.5 V 时，器件电流开关比到达9个数目级以上，器件的弹道输运系数年夜在0.8，且载流子注入速率年夜在 1×107cm/s；成立77K如下低温器件PDK，设计于77K如下低温事情的8 bit微处置惩罚器，试验验证其速率以及功耗机能优在室温机能1倍以上，为逾越现有硅基高机能计较技能提供可项目化的解决方案。

2.高迁徙率重叠沟道围栅CMOS器件。

面向高机能运用需求，研制出高迁徙率重叠沟道的多层围栅CMOS器件，沟道层数不小在3层，NMOS与PMOS于事情电压为0.7 V时开态电流均年夜在600 μA/μm，NMOS与PMOS的阈值电压绝对于值误差小在100 mV，开关比年夜在106。

3.高鲁棒性的SRAM存算一体架构及其年夜范围扩大架构研究。

研究数字域SRAM（随机静态存储器）存算一体架构及其高鲁棒性设计方案，研究定点、浮点及可变精度的高算力密度SRAM存算一体架构技能，单芯片算力不低在4 TOPS，撑持INT8/BF16等支流计较精度，撑持年夜模子中的张量算子；研究面向年夜模子运用的算力可扩大架构及高效编译要领，算力不低在100 TOPS@INT8, 50 TFLOPS@BF16，解决SRAM存算一体架构的算力扩大问题。

4.交融差别存储介质的异构存算一体架构研究。

研究交融新型非易掉高密度存储器与易掉性高速高经久性存储器异质集成要领、近存与存内计较电路交融设计、多算子矫捷可编程架构技能、和交融差别存储介质的异构存算一体架构芯片，撑持INT八、BF16等多种数据精度，计较能效 20 TOPS/W@INT8，撑持年夜模子、呆板视觉等支流人工智能算法的多种张量算子，实现算力密度以及能效的显著晋升。

5.面向科学计较的高精度模仿计较架构研究。

研究基在模仿计较机制的线性矩阵方程、非线性矩阵方程、微分方程的高精度求解要领与电路拓扑，研究面向科学计较或者AI for Science的模仿计较架构；矩阵求解范围不少在1024×1024，精度不低在32位浮点数；FP32求解精度下，功耗降低2个数目级，求解延时降低1个数目级。

6.面向新型计较器件的异构众核架构设计要领。

面向新型计较器件，研究通用、可扩大的异构众核架构设计要领。构建运用阐发模子，获取“公用-通用”异构算力、存储带宽等设计需求；构建架构设计言语，基在新型计较器件描写异构计较核、众核数据流、存储条理以及互连等；研究异构众核架构的主动化天生以及寻优要领，晋升架构的设计指标。基在上述要领开发东西原型，拔取典型器件以及运用设计异构众核架构，公用算力不低在64 TOPS@INT八、通用算力不低在6 TOPS@INT8。

(三)集成工程。

拟挑选具备庞大运用价值以及精良研究根蒂根基的研究标的目的资助集成工程3项，标的目的以下：

1.面向年夜范围CMOS集成的二维半导体技能。

针对于后摩尔时代超低功耗器件的需求，研究面向年夜范围CMOS集成的单原子层二维半导体质料、器件、EDA与工艺，解决硅基CMOS技能面对的微缩瓶颈与功耗瓶颈。成长N型与P型二维半导体单晶制备要领，实现8英寸硅基衬底上二维半导体单晶持续薄膜的制备；研究二维半导体器件集成工艺，实现基在二维半导体的CMOS逻辑门单位，此中器件栅介质等效氧化层厚度（EOT）≤1 nm，欧姆接触电阻≤100 Ω μm（接触长度≤20 nm），1 V源泄电压下开态电流密度≥1 mA/μm；成长器件-工艺-电路协同优化计谋，研制千门级二维半导体逻辑芯片，实现要害逻辑功效验证。

2.RISC-V与存算一体异构交融芯片。

面向年夜模子等人工智能运用的高算力密度、计较完整性以及自立可控生态的需求，研究SRAM存算一体与高机能RISC-V处置惩罚器的异构交融架构设计，多核可扩大架构与高速互连设计，及全栈式异构计较编译与软件栈。完成基在高机能RISC-V处置惩罚器核的存算一体扩大指令集，包孕不低在10条扩大指令，实现异构计较芯片原型1款，AI计较模块的算力密度年夜在5.92 TPP/妹妹2，完成多核异构可扩大计较架构及其仿真器设计，架构算力不低在100 TOPS@INT8，完成RISC-V异构编译全栈软件东西链，实现面向异构多核芯片的高效编译与主动化步伐部署。

3.数据驱动存算集成计较架构。

面向人工智能高算力、高能效需求，研究数据驱动的数字计较与存内计较联合的存算集成计较架构并研制验证芯片。研究存算集成架构的数据编码体式格局与计较道理，摸索数据驱动的存算协同数据流，设计适配存算集成的电路、体系架构与并行要领，解决智能计较芯片高能效、高精度、高矫捷难统筹的难题。研制数据驱动存算集成计较芯片，撑持可变计较精度，撑持线性与非线性算子 10种，峰值计较能效 40 TOPS bit/W，存算阵列机能密度 12 TOPS bit/妹妹2，存储容量 1 Mb，存储密度 1 Mb/妹妹2，于典型人工智能模子上完成验证。

4、工程挑选的基来源根基则

（一）慎密缭绕焦点科学问题，鼓动勉励有价值的前沿摸索以及立异研究。

（二）优先资助能解决芯片中的现实难题、具备运用远景的研究工程。

（三）鼓动勉励与数学、物理、项目、质料、生命科学等多学科交织研究。

（四）重点资助具备精良研究根蒂根基以及前期堆集、对于整体方针有间接孝敬的研究工程。

5、2024年度资助规划

2024年度拟资助培育工程5项，间接用度的平均资助强度约为80万元/项，资助刻日为3年，培育工程申请书中研究刻日应填写“2025年1月1日-2027年12月31日”；拟资助重点撑持工程6项，间接用度的平均资助强度约为300万元/项，资助刻日为3年，重点撑持工程申请书中研究刻日应填写“2025年1月1日-2027年12月31日”。拟资助集成工程3项，间接用度的平均资助强度约为1500万元/项，资助刻日为3年，集成工程申请书中研究刻日应填写“2025年1月1日-2027年12月31日”。

6、申请要求及留意事变

（一）申请前提。

本庞大研究规划工程申请人该当具有如下前提：

1.具备负担根蒂根基研究课题的履历；

2.具备高级专业技能职务（职称）。

于站玻士后研究职员、正于攻读研究生学位和无事情单元或者者地点单元不是依托单元的职员不患上作为申请人举行申请。

（二）限项申请划定。

履行《2024年度国度天然科学基金工程指南》“申请划定”中限项申请划定的相干要求。

（三）申请留意事变。

申请人以及依托单元该当当真浏览并履行本工程指南、《2024年度国度天然科学基金工程指南》以及《关在2024年度国度天然科学基金工���程申请与结题等有关事变的布告》中相干要求。

1.本庞大研究规划工程实施无纸化申请。申请书提交日期为2024年6月24日－7月1日16时。

（1）申请人该当根据科学基金收集信息体系(如下简称信息体系)中庞大研究规划工程的填报申明与撰写提纲要求于线填写以及提交电子申请书及附件质料。

（2）本庞大研究规划旨于慎密缭绕焦点科学问题，将对于多学科相干研究举行战略性的标的目的指导以及上风整合，成为一个工程集群。申请人应按照本庞大研究规划拟解决的详细科学问题以及工程指南宣布的拟资助研究标的目的，自行拟定工程名称、科学方针、研究内容、技能线路以及响应的研究经费等。

（3）申请书中的资助种别选择“庞大研究规划”，亚类申明选择“培育工程”“重点撑持工程”或者“集成工程”，附注申明选择“后摩尔时代新器件根蒂根基研究”，按照申请的详细研究内容选择响应的申请代码。

培育工程以及重点撑持工程的互助研究单元不患上跨越2个。集成工程的互助研究单元不患上跨越4个。

（4）申请人于申请书“立项依据与研究内容”部门，该当起首明确申明申请切合本工程指南中的重点资助研究标的目的，和对于解决本庞大研究规划焦点科学问题、实现本庞大研究规划科学方针的孝敬。

假如申请人已经经负担与本庞大研究规划相干的其他科技规划工程，该当于申请书正文的“研究根蒂根基与事情前提”部门阐述申请工程与其他相干工程的区分与接洽。

2.依托单元该当根据要求完成依托单元承诺、构造申请和审核申请质料等事情。于2024年7月1日16时前经由过程信息体系逐项确认提交本单元电子申请书及附件质料，并在7月2日16时前于线提交本单元工程申请清单。

3.其他留意事变。

（1）为实现庞大研究规划整体科学方针以及多学科集成，得到资助的工程卖力人该当承诺遵守相干数据以及资料治理与同享的划定，工程履行历程中应存眷与本庞大研究规划其他工程之间的彼此支撑瓜葛。

（2）为增强工程的学术交流，促成工程群的造成以及多学科交织与集成，本庞大研究规划将每一年举办一次资助工程的年度学术交流会，并将不按期地构造相干范畴的学术钻研会。获资助工程卖力人有责任到场本庞大研究规划引导专家组以及治理事情组所构造的上述学术交流勾当。

（四）征询体式格局。

国度天然科学基金委员会信息科学部四处

接洽德律风：010-62327351

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