突破物理極限 制備尺寸最小鐵電晶體管，支撐下一代AI芯片發展

據科技日報報道，北京大學電子學院邱晨光研究員—彭練矛院士團隊取得重大科技突破，創造性地制備了迄今尺寸最小、功耗最低的鐵電晶體管，其物理柵長縮減至極限1納米，能耗比國際最好水平降低一個數量級，有望為AI芯片算力和能效提升提供核心器件支撐，推動國產AI芯片技術實現跨越式發展。

AI生成

據悉，鐵電晶體管（FeFET）是下一代AI芯片的核心器件，與傳統半導體邏輯晶體管不同，其同時兼具存儲和計算能力，能夠有效提升AI芯片的算力密度、降低能耗，在AI大模型訓練、高性能計算等場景具有廣泛應用前景。然而，傳統鐵電晶體管長期存在能耗過高、邏輯電壓不匹配等短板，限制了其大規模應用，成為制約AI芯片能效提升的核心瓶頸。

為破解這一技術難題，北大研究團隊經過長期攻關，利用納米柵極結構設計，巧妙解決了鐵電材料“改變極化狀態”需要高電壓高能耗的問題。研究團隊持續精進工藝，將鐵電晶體管的物理柵長縮減至原子尺度的1納米，這一精度創下全球同類器件的最小紀錄，同時促成鐵電層內部形成高強度電場，僅需0.6V電壓激發，即可輕松翻轉鐵電極化，大幅降低器件能耗。

性能測試顯示，這款1納米鐵電晶體管的能耗比國際最好水平整整降低了一個數量級，同時具備超高集成度、快速響應等優勢，能夠有效適配AI芯片高算力、低能耗的核心需求。邱晨光研究員表示，這一技術打破了傳統鐵電晶體管的物理限制，不僅能為構建高能效數據中心提供核心器件方案，也為發展下一代高算力人工智能芯片奠定關鍵技術基礎，助力國產AI芯片擺脫對海外核心器件的依賴。

此次突破恰逢國內AI芯片市場需求爆發式增長的關鍵時期。據弗若斯特沙利文報告顯示，中國算力規模從2020年的136.20EFLOPs增長至2024年的617.00EFLOPs，年均復合增長率達45.9%，預計到2029年將達到3442.89EFLOPs；中國AI芯片市場規模將從2024年的1425億元激增至1.34萬億元，2025年至2029年年均復合增長率達53.7%。

業內專家表示，北大團隊的這一技術突破，填補了國內原子尺度鐵電晶體管領域的空白，打破了國際巨頭在AI芯片核心器件領域的壟斷，對推動國產AI芯片產業發展具有重要意義。隨著下游AI應用市場迅速擴張，AI計算加速芯片的市場需求持續攀升，這款1納米鐵電晶體管的產業化落地，將進一步提升國產AI芯片的核心競爭力，推動AI算力成本持續下降、性能不斷提升，助力我國在全球AI芯片賽道中搶占先機。