中國北京大學的研究人員已成功開發出全球最小且能效最高的晶體管，這項技術有望為未來的人工智能（AI）芯片提供動力。這些被稱為鐵電場效應晶體管（FeFETs）的芯片，模擬人腦的運作，使其在強大性能的同時又能保持高效能。半導體芯片的發展讓我們能夠跨越大陸進行通訊，與不在同一空間的朋友一起遊玩遊戲，並助力建造當今最快的超級計算機。然而，隨著量子計算等技術的發展，矽基芯片的不足之處逐漸顯露出來。最近AI技術的爆炸性增長，需要處理大量數據，顯示出矽基計算的低效，因為它消耗大量電力並產生顯著的廢熱。
計算為何如此低效？傳統的矽基半導體晶片設計將數據存儲和計算分開。這意味著在進行複雜計算時，數據需要在這些區域之間移動，這過程耗費了大量的時間和能量。隨著AI應用需求的增加，晶片需要處理的數據也比以往任何時候都多。按照傳統方法，科學家需要製造更大且運算速度更快的晶片。一種替代方案是將存儲和計算中心合併到一個位置，類似於人腦的運作，從而節省空間和能量消耗。
將理念轉化為現實的想法已經存在很長時間。FeFETs 是這類應用的主要候選者，因為它們的數據存儲和處理單元是相同的。然而，對這些晶體管進行寫入和擦除的過程能耗較高。當前現代邏輯電路在低於 0.7V 的電壓下運行，而 FeFETs 的工作電壓相對較高，達到 1.5V。科學家將這比喻為推開一扇沉重的門。北京大學的邱承光和中國科學院的彭連茂研究人員決定通過新的晶體管結構來克服這一障礙。
研究人員採用了先進的加工技術，將閘極電極縮小至僅一納米。作為比較，DNA 分子的寬度為兩納米。因此，這個閘極電極需要以原子級精度製作。重新結構的晶體管促進了在鐵電層之間形成電場，使其能夠在低至 0.6V 的電壓下運行。因此，這種納米尺度的晶體管能耗僅為 FeFETs 的十分之一。除了更低的能耗外，這種晶體管的運行速度也相當快，響應時間低至 1.6 納秒。憑藉提供能量節省和更快計算的能力，以及極小的體積，這些中國研究人員開發的 FeFETs 預計將有助於塑造 AI 的未來。
北京大學已為這些晶片的製程和設計申請專利。研究人員告訴《南華早報》，這不僅將幫助我們建立節能的數據中心和高性能芯片，還將打開在小於 1 納米尺度下製造節點芯片的可能性。
