后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計劃2023年度項目指南
國科金發(fā)計〔2023〕8號
國家自然科學(xué)基金委員會現(xiàn)發(fā)布后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計劃2023年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南中所述的要求和注意事項申請。
國家自然科學(xué)基金委員會
2023年2月10日
后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計劃2023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(chǔ)問題為核心，旨在發(fā)展后摩爾時代新器件和計算架構(gòu)，突破芯片算力瓶頸，促進(jìn)我國芯片研究水平的提升，支撐我國在芯片領(lǐng)域的科技創(chuàng)新。
一、科學(xué)目標(biāo)
本重大研究計劃面向未來芯片算力問題，聚焦芯片領(lǐng)域發(fā)展前沿，擬通過信息、數(shù)理、材料、工程、生命等多學(xué)科的交叉融合，在超低能耗信息處理新機(jī)理、載流子近似彈道輸運(yùn)新機(jī)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(gòu)等方面取得突破，研制出1fJ以下開關(guān)能耗的超低功耗器件和超越硅基CMOS載流子輸運(yùn)速度極限的高性能器件，實現(xiàn)算力提升2個數(shù)量級以上的非馮架構(gòu)芯片，發(fā)展變革型基礎(chǔ)器件、集成方法和計算架構(gòu)，培養(yǎng)一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國際地位。
二、核心科學(xué)問題
針對后摩爾時代芯片技術(shù)的算力瓶頸，圍繞以下三個核心科學(xué)問題展開研究：
（一）CMOS器件能耗邊界及突破機(jī)理。
需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問題：探尋CMOS器件進(jìn)行單次信息處理的能耗邊界，研究突破該邊界的新機(jī)理，實現(xiàn)超低能耗下數(shù)據(jù)的計算、存儲和傳輸。
（二）突破硅基速度極限的器件機(jī)制。
需要重點(diǎn)解決以下關(guān)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(chǔ)上，研究近似彈道輸運(yùn)的器件機(jī)理，實現(xiàn)突破硅基載流子速度極限的高性能器件。
（三）超越經(jīng)典馮?諾依曼架構(gòu)能效的機(jī)制。
需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問題：探尋計算與存儲融合的機(jī)制與方法，并結(jié)合新型信息編碼范式，實現(xiàn)新型計算架構(gòu)，突破馮?諾依曼架構(gòu)的能效瓶頸。
三、2023年度資助的研究方向
（一）培育項目。
圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2023年度擬資助探索性強(qiáng)、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的申請項目，研究方向如下：
1.超低功耗器件的理論、材料與集成技術(shù)。
針對1fJ以下的開關(guān)能耗目標(biāo)，研究超越CMOS的新原理邏輯、存儲、感知器件及其核心材料與集成技術(shù)；研究極端物理條件下的極低功耗信息處理與存儲機(jī)制及模型。
2.高速高性能器件的理論、材料與集成技術(shù)。
探究彈道輸運(yùn)機(jī)制，尋求超越傳統(tǒng)硅基溝道自由程和態(tài)密度的半導(dǎo)體材料，研究并實現(xiàn)高彈道輸運(yùn)系數(shù)的新型場效應(yīng)器件；探索有限能耗下的信息高速處理、存取與傳輸新機(jī)制及其器件技術(shù)。
3.高能效計算與存儲架構(gòu)。
探尋突破馮?諾伊曼能效瓶頸的新型計算架構(gòu)和存儲架構(gòu)，研究面向存內(nèi)計算新架構(gòu)的設(shè)計方法學(xué)。
（二）重點(diǎn)支持項目。
圍繞核心科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2023年擬資助前期研究成果積累較好、處于當(dāng)前研究熱點(diǎn)前沿、對總體科學(xué)目標(biāo)有較大貢獻(xiàn)的申請項目，研究方向如下：
1.原子級溝道P型晶體管。
研制高性能低功耗原子級溝道P型晶體管，溝道厚度小于1.5nm，遷移率大于100cm2/V?s，Vds = 1V時開態(tài)電流大于600μA/μm、關(guān)態(tài)電流小于100pA/μm。
2.硅基新型神經(jīng)突觸器件。
研制硅基新型神經(jīng)突觸器件，探索器件在電和近紅外光刺激下多電導(dǎo)態(tài)產(chǎn)生的光電協(xié)同機(jī)理，闡明影響器件及其陣列波動性、重復(fù)性的物理機(jī)制和突觸行為機(jī)理，并建立相關(guān)模型。實現(xiàn)陣列規(guī)模不小于4kbit，單次操作能耗低于1fJ、操作速度達(dá)到納秒量級、權(quán)重精度達(dá)到3bit以上，并實現(xiàn)基于神經(jīng)突觸陣列的神經(jīng)形態(tài)視覺。
3.多元編碼融合的張量處理架構(gòu)。
研究隨機(jī)數(shù)、定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等兩種或多種新型編碼共融的編碼機(jī)制，以及數(shù)字域、時間域、頻率域多域融合的計算范式，數(shù)據(jù)精度可配置、數(shù)模計算異步協(xié)同的新型架構(gòu)，探索編碼可重構(gòu)、硬件可復(fù)用的電路設(shè)計技術(shù)，研制高精度的張量處理器芯片，8bit等效精度下的計算密度大于5TOPS/mm2、能效大于50TOPS/W。
4.異構(gòu)融合的高能效存內(nèi)搜索架構(gòu)。
研究非易失關(guān)聯(lián)存儲器及其集成技術(shù)、異構(gòu)融合存內(nèi)搜索架構(gòu)以及混合精度能效提升技術(shù)，單比特搜索能耗低于1fJ，在多模態(tài)信息檢索任務(wù)驗證中實現(xiàn)與軟件相當(dāng)?shù)乃阉鳒?zhǔn)確率，8bit等效精度下的能效大于50TOPS/W。
四、項目遴選的基本原則
（一）緊密圍繞核心科學(xué)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(yīng)用前景的研究項目。
（三）鼓勵多學(xué)科交叉研究。
（四）重點(diǎn)資助具有良好研究基礎(chǔ)和前期積累、對總體科學(xué)目標(biāo)有直接貢獻(xiàn)的研究項目。
五、2023年度資助計劃
2023年度擬資助培育項目8項，資助直接費(fèi)用約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2024年1月1日—2026年12月31日”；擬資助重點(diǎn)支持項目4項，資助直接費(fèi)用約為300萬元/項，資助期限為4年，重點(diǎn)支持項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2024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(yīng)當(dāng)具備以下條件：
1.具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；
2.具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）。
在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)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(jìn)行申請。
（二）限項申請規(guī)定。
執(zhí)行《2023年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。
（三）申請注意事項。
申請人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2023年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2023年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。
1.本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交時間為2023年3月15日－3月20日16時。
（1）申請人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)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(xué)問題，將對多學(xué)科相關(guān)研究進(jìn)行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的具體科學(xué)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(xué)目標(biāo)、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費(fèi)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”或“重點(diǎn)支持項目”，附注說明選擇“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”，根據(jù)申請的具體研究內(nèi)容選擇相應(yīng)的申請代碼。
培育項目和重點(diǎn)支持項目的合作研究單位不得超過2個。
（4）申請人在申請書“立項依據(jù)與研究內(nèi)容”部分，應(yīng)當(dāng)首先明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)本重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。
如果申請人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目，應(yīng)當(dāng)在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。
2.依托單位應(yīng)當(dāng)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2023年3月20日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認(rèn)提交本單位電子申請書及附件材料，并于3月21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(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項目負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。
（2）為加強(qiáng)項目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項目群的形成和多學(xué)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(xué)術(shù)交流會，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動。
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