關于發(fā)布后摩爾時代新器件基礎研究重大研究計劃2024年度項目指南的通告

國科金發(fā)計〔2024〕137號

　　國家自然科學基金委員會現發(fā)布后摩爾時代新器件基礎研究重大研究計劃2024年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。

國家自然科學基金委員會

2024年5月21日

 

后摩爾時代新器件基礎研究重大研究計劃2024年度項目指南

　　本重大研究計劃面向芯片自主發(fā)展的國家重大戰(zhàn)略需求，以芯片的基礎問題為核心，旨在發(fā)展后摩爾時代新器件和計算架構，突破芯片算力瓶頸，促進我國芯片研究水平的提升，支撐我國在芯片領域的科技創(chuàng)新。

 

?一、科學目標

本重大研究計劃面向未來芯片算力問題，聚焦芯片領域發(fā)展前沿，擬通過信息、數學、物理、材料、工程、生命等多學科的交叉融合，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等方面取得突破，研制出1fJ以下開關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，實現算力提升2個數量級以上的非馮架構芯片，發(fā)展變革型基礎器件、集成方法和計算架構，培養(yǎng)一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領域的自主創(chuàng)新能力和國際地位。

 

?二、核心科學問題

針對后摩爾時代芯片技術的算力瓶頸，圍繞以下三個核心科學問題展開研究：

（一）CMOS器件能耗邊界及突破機理。

需要重點解決以下關鍵問題：探尋CMOS器件進行單次信息處理的能耗邊界，研究突破該邊界的新機理，實現超低能耗下數據的計算、存儲和傳輸。

（二）突破硅基速度極限的器件機制。

需要重點解決以下關鍵問題：在探索同時具備載流子長自由程和高態(tài)密度的新材料體系基礎上，研究近似彈道輸運的器件機理，實現突破硅基載流子速度極限的高性能器件。

（三）超越經典馮?諾依曼架構能效的機制。

需要重點解決以下關鍵問題：探尋計算與存儲融合的機制與方法，并結合新型信息編碼范式，實現新型計算架構，突破馮?諾依曼架構的能效瓶頸。

 

三、2024年度重點資助研究方向

（一）培育項目。

圍繞上述科學問題，以總體科學目標為牽引，擬資助探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好的培育項目5項，研究方向包括但不限于以下內容：

1. 超低功耗器件的理論、材料與集成技術。

針對1fJ以下的開關能耗目標，研究超越CMOS的新原理邏輯、存儲器件及其核心材料與集成技術；研究極端物理條件下的極低功耗信息處理與存儲機制及模型。

2. 高速高性能器件的理論、材料與集成技術。

探究彈道輸運機制，尋求高遷移率和高態(tài)密度的硅基兼容半導體新材料，研究并實現高彈道輸運系數的新型場效應器件；探索有限能耗下的信息高速處理、存取與傳輸新機制及其器件技術。

3. 高能效計算與存儲架構。

探尋突破馮諾伊曼能效瓶頸的新型計算架構和存儲架構，研究面向存內計算新架構的設計方法學。

（二）重點支持項目。

圍繞核心科學問題，以總體科學目標為牽引，擬資助前期研究成果積累較好、處于當前前沿熱點、對總體目標有較大貢獻的重點支持項目6項，方向如下：

1.超低溫下的彈道輸運器件。

面向低功耗高性能需求，研制低溫彈道輸運器件，低于77K 工作溫度下，柵極過驅動電壓和漏極電壓同時小于0.5 V 時，器件電流開關比達到9個數量級以上，器件的彈道輸運系數大于0.8，且載流子注入速度大于 1×10⁷?cm/s；建立77K以下低溫器件PDK，設計在77K以下低溫工作的8 bit微處理器，實驗驗證其速度和功耗性能優(yōu)于室溫性能1倍以上，為超越現有硅基高性能計算技術提供可工程化的解決方案。

2.高遷移率堆疊溝道圍柵CMOS器件。

面向高性能應用需求，研制出高遷移率堆疊溝道的多層圍柵CMOS器件，溝道層數不小于3層，NMOS與PMOS在工作電壓為0.7 V時開態(tài)電流均大于600 μA/μm，NMOS與PMOS的閾值電壓絕對值偏差小于100 mV，開關比大于10⁶。

3.高魯棒性的SRAM存算一體架構及其大規(guī)模擴展架構研究。

研究數字域SRAM（隨機靜態(tài)存儲器）存算一體架構及其高魯棒性設計方案，研究定點、浮點及可變精度的高算力密度SRAM存算一體架構技術，單芯片算力不低于4 TOPS，支持INT8/BF16等主流計算精度，支持大模型中的張量算子；研究面向大模型應用的算力可擴展架構及高效編譯方法，算力不低于100 TOPS@INT8, 50 TFLOPS@BF16，解決SRAM存算一體架構的算力擴展問題。

4.融合不同存儲介質的異構存算一體架構研究。

研究融合新型非易失高密度存儲器與易失性高速高耐久性存儲器異質集成方法、近存與存內計算電路融合設計、多算子靈活可編程架構技術、以及融合不同存儲介質的異構存算一體架構芯片，支持INT8、BF16等多種數據精度，計算能效>20 TOPS/W@INT8，支持大模型、機器視覺等主流人工智能算法的多種張量算子，實現算力密度和能效的顯著提升。

5.面向科學計算的高精度模擬計算架構研究。

研究基于模擬計算機制的線性矩陣方程、非線性矩陣方程、微分方程的高精度求解方法與電路拓撲，研究面向科學計算或AI for Science的模擬計算架構；矩陣求解規(guī)模不少于1024×1024，精度不低于32位浮點數；FP32求解精度下，功耗降低2個數量級，求解延時降低1個數量級。

6.面向新型計算器件的異構眾核架構設計方法。

面向新型計算器件，研究通用、可擴展的異構眾核架構設計方法。構建應用分析模型，獲取“專用-通用”異構算力、存儲帶寬等設計需求；構建架構設計語言，基于新型計算器件描述異構計算核、眾核數據流、存儲層次和互連等；研究異構眾核架構的自動化生成和尋優(yōu)方法，提升架構的設計指標?；谏鲜龇椒ㄩ_發(fā)工具原型，選取典型器件和應用設計異構眾核架構，專用算力不低于64 TOPS@INT8、通用算力不低于6 TOPS@INT8。

(三)集成項目。

擬遴選具有重大應用價值和良好研究基礎的研究方向資助集成項目3項，方向如下：

1.面向大規(guī)模CMOS集成的二維半導體技術。

針對后摩爾時代超低功耗器件的需求，研究面向大規(guī)模CMOS集成的單原子層二維半導體材料、器件、EDA與工藝，解決硅基CMOS技術面臨的微縮瓶頸與功耗瓶頸。發(fā)展N型與P型二維半導體單晶制備方法，實現8英寸硅基襯底上二維半導體單晶連續(xù)薄膜的制備；研究二維半導體器件集成工藝，實現基于二維半導體的CMOS邏輯門單元，其中器件柵介質等效氧化層厚度（EOT）≤1 nm，歐姆接觸電阻≤100 Ω·μm（接觸長度≤20 nm），1 V源漏電壓下開態(tài)電流密度≥1 mA/μm；發(fā)展器件-工藝-電路協(xié)同優(yōu)化策略，研制千門級二維半導體邏輯芯片，實現關鍵邏輯功能驗證。

2.RISC-V與存算一體異構融合芯片。

面向大模型等人工智能應用的高算力密度、計算完備性和自主可控生態(tài)的需求，研究SRAM存算一體與高性能RISC-V處理器的異構融合架構設計，多核可擴展架構與高速互連設計，及全棧式異構計算編譯與軟件棧。完成基于高性能RISC-V處理器核的存算一體擴展指令集，包括不低于10條擴展指令，實現異構計算芯片原型1款，AI計算模塊的算力密度大于5.92 TPP/mm²，完成多核異構可擴展計算架構及其仿真器設計，架構算力不低于100 TOPS@INT8，完成RISC-V異構編譯全棧軟件工具鏈，實現面向異構多核芯片的高效編譯與自動化程序部署。

3.數據驅動存算集成計算架構。

面向人工智能高算力、高能效需求，研究數據驅動的數字計算與存內計算結合的存算集成計算架構并研制驗證芯片。研究存算集成架構的數據編碼方式與計算原理，探索數據驅動的存算協(xié)同數據流，設計適配存算集成的電路、系統(tǒng)架構與并行方法，解決智能計算芯片高能效、高精度、高靈活難兼顧的難題。研制數據驅動存算集成計算芯片，支持可變計算精度，支持線性與非線性算子>10種，峰值計算能效> 40 TOPS·bit/W，存算陣列性能密度>12 TOPS·bit/mm²，存儲容量>1 Mb，存儲密度>1 Mb/mm²，在典型人工智能模型上完成驗證。

 

四、項目遴選的基本原則

（一）緊密圍繞核心科學問題，鼓勵有價值的前沿探索和創(chuàng)新研究。

（二）優(yōu)先資助能解決芯片中的實際難題、具有應用前景的研究項目。

（三）鼓勵與數學、物理、工程、材料、生命科學等多學科交叉研究。

（四）重點資助具有良好研究基礎和前期積累、對總體目標有直接貢獻的研究項目。

 

五、2024年度資助計劃

2024年度擬資助培育項目5項，直接費用的平均資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”；擬資助重點支持項目6項，直接費用的平均資助強度約為300萬元/項，資助期限為3年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”。擬資助集成項目3項，直接費用的平均資助強度約為1500萬元/項，資助期限為3年，集成項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”。

 

六、申請要求及注意事項

（一）申請條件。

本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：

1.具有承擔基礎研究課題的經歷；

2.具有高級專業(yè)技術職務（職稱）。

在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學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人進行申請。

（二）限項申請規(guī)定。

執(zhí)行《2024年度國家自然科學基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關要求。

（三）申請注意事項。

申請人和依托單位應當認真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2024年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2024年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。

1.本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2024年6月24日－7月1日16時。

（1）申請人應當按照科學基金網絡信息系統(tǒng)(以下簡稱信息系統(tǒng))中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，將對多學科相關研究進行戰(zhàn)略性的方向引導和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”“重點支持項目”或“集成項目”，附注說明選擇“后摩爾時代新器件基礎研究”，根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。

培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。集成項目的合作研究單位不得超過4個。

（4）申請人在申請書“立項依據與研究內容”部分，應當首先明確說明申請符合本項目指南中的重點資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目標的貢獻。

如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區(qū)別與聯系。

2.依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2024年7月1日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于7月2日16時前在線提交本單位項目申請清單。

3.其他注意事項。

（1）為實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

（2）為加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦一次資助項目的年度學術交流會，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動。

（四）咨詢方式。

國家自然科學基金委員會信息科學部四處

聯系電話：010-62327351

 

來源:國家自然科學基金委員會

 

單位介紹:

? ? 我單位主要從事全國科技成果評價、國家科技計劃項目申報咨詢、項目戰(zhàn)略研討、專家考察調研、科技政策培訓、企業(yè)內訓等相關業(yè)務。在科技咨詢領域具有很強的政府背景、行業(yè)渠道、人脈資源及專業(yè)能力，為廣大科研工作者及科技型企事業(yè)單位提供專業(yè)化服務。

近期相關科技培訓:

6月12-15日青島|面向新質生產力的國家科技計劃項目申報和科研平臺建設運行、科研經費全過程管理與信息化建設高級研修班

6月4-6日成都|高價值專利布局、專利檢索分析及科技成果轉化運用能力提升培訓班

如有相關需求可聯系: 王主任 ，電話:13426056628(同微信)

    

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