關于征集“后摩爾時代新器件基礎研究”計劃的通知

　　面向我國產業發展的戰略需求，針對后摩爾時代芯片發展中最本質的算力瓶頸問題，國家自然科學基金委員會2019年啟動了“后摩爾時代新器件基礎研究”重大研究計劃，旨在通過新材料、新原理、新結構、新器件和新架構的創新研究，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研究”重大研究計劃的項目立項和資助工作，經本重大研究計劃指導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，聚焦芯片領域發展前沿，擬通過信息、數理、工程材料、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?諾伊曼架構芯片，發展變革型基礎器件、集成方法和計算架構，培養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新能力和國際地位。

　　二、核心科學問題

　　為實現總體科學目標，本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學問題展開研究：

　　（一）器件能耗邊界及突破機理

　　傳統MOSFET器件的亞閾值擺幅受熱力學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，玻爾茲曼統計漲落導致的器件不確定性使其功耗與尺寸縮小之間存在難以調和的矛盾。

　　本計劃將探尋傳統MOSFET器件的能耗邊界，研究突破該邊界的輸運新機理，實現極低功耗下的計算、存儲和傳輸。

　　（二）逼近速度極限的輸運機制

　　傳統MOSFET器件的輸運特性同時受到輸運速度和態密度的影響。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，態密度越高，器件的電流輸運能力越高。在傳統半導體材料中，二者存在著本質性矛盾，使得器件性能難以獲得持續提升。

　　本計劃將探索實現長自由程和高態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，實現超越傳統MOSFET的高性能器件。

　　（三）超越馮氏架構能效的機制

　　傳統馮?諾依曼計算架構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。在計算系統處理實時海量數據時，總線中頻繁但速度受限的數據交換已成為限制算力提升的瓶頸。另一方面，傳統計算范式以二進制編碼為基礎，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，以此為基礎構建突破馮?諾依曼架構能效瓶頸的新型計算架構與范式。

　　三、指南建議書主要內容

　　根據《國家自然科學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。

　　（二）重點支持項目是指研究方向屬于國際前沿，創新性強，有很好的研究基礎和研究隊伍，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。

　　指南建議書主要內容包括：

　　（一）對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現總體目標的貢獻；

　　（二）圍繞解決核心科學問題擬開展的主要研究內容；

　　（三）預期可能取得的突破性進展及其可行性論證；

　　（四）建議資助項目亞類說明。

　　四、近兩年已發布指南方向

　　（一）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）發至信息科學部四處電子郵箱。

　　郵箱：bandaoti@nsfc.gov.cn

　　聯系電話：010-62327143（孫玲）

　　附：“后摩爾時代新器件基礎研究”重大研究計劃2022年度項目指南建議書模板fj20211012_01.docx

　　國家自然科學基金委員會

　　信息科學部

　　2021年10月12日