“后摩尔时代新器件基础研究”重大研究计划面向芯片自主发展的国家重大战略需求，以芯片的基础问题为核心，旨在发展后摩尔时代新器件和计算架构，突破芯片算力瓶颈，促进我国芯片研究水平的提升，支撑我国在芯片领域的发展与创新。

　　一、科学目标

　　本重大研究计划面向未来芯片算力问题，聚焦芯片领域发展前沿，拟通过信息、数理、工程材料、生命等多学科的交叉融合，在超低能耗信息处理新机理、载流子近似弹道输运新机理、具有高迁移率与高态密度的新材料、高密度集成新方法以及非冯计算新架构等方面取得突破，研制出1fJ以下开关能耗的超低功耗器件和超越硅基CMOS载流子输运速度极限的高性能器件，实现算力提升2个数量级以上的非冯∙诺伊曼架构芯片，发展变革型基础器件、集成方法和计算架构，培养一支有国际影响力的研究队伍，提升我国在芯片领域的自主创新能力和国际地位。

　　二、核心科学问题

　　本计划针对后摩尔时代芯片技术的算力瓶颈，围绕以下三个核心科学问题展开研究：

　　(一)CMOS器件能耗边界及突破机理。

　　需要重点解决以下关键问题：探寻CMOS器件进行单次信息处理的能耗边界，研究突破该边界的新机理，实现超低能耗下数据的计算、存储和传输。

　　(二)突破硅基速度极限的器件机制。

　　需要重点解决以下关键问题：在探索同时具备载流子长自由程和高态密度的新材料体系基础上，研究近似弹道输运的器件机理，实现突破硅基载流子速度极限的高性能器件。

　　(三)超越经典冯∙诺依曼架构能效的机制。

　　需要重点解决以下关键问题：探寻计算与存储融合的机制与方法，并结合新型信息编码范式，实现新型计算架构，突破冯∙诺依曼架构的能效瓶颈。

　　三、2022年度资助的研究方向

　　(一)培育项目。

　　围绕上述科学问题，以总体科学目标为牵引，2022年度拟资助探索性强、选题新颖、前期研究基础较好的申请项目，研究方向如下：

　　1.新原理超低功耗器件。

　　针对1fJ以下的开关能耗目标，研究超越CMOS的新原理逻辑、存储、感知器件及其材料、集成技术;研究高传输效率、低能量耗散的芯片级互连技术;研究极端物理条件下的极低功耗信息处理与存储机制及模型。

　　2.具有长自由程与高态密度的半导体新材料和器件。

　　探究弹道输运机制，寻求超越传统硅基沟道自由程和高态密度的半导体材料，研究并实现高弹道输运系数的新型场效应器件。

　　3.新型计算与存储架构。

　　探寻突破冯∙诺伊曼能效瓶颈的新型计算架构和存储架构，研究面向存内计算新架构的设计方法学。

　　(二)重点支持项目。

　　围绕核心科学问题，以总体科学目标为牵引，2022年拟资助研究基础较好、对总体目标有较大贡献的申请项目，研究方向如下：

　　1.低功耗新材料DRAM器件技术。

　　研制出CMOS后道集成工艺兼容的高速低功耗无电容DRAM单元，读写时间小于10ns，动态保持时间1小时以上，实现多bit存储。

　　2.基于新材料的近似弹道输运器件。

　　研究超越单晶硅沟道平均自由程，同时具备高态密度的新沟道材料，实现与CMOS工艺兼容且逼近弹道输运极限的新沟道材料互补场效应晶体管。室温下，栅极过驱动电压和漏极电压小于0.75 V时，弹道输运系数大于0.5，注入速度大于5×106cm/s，驱动电流超过500μA/μm。

　　3.可重构的混合编码计算架构及电路复用技术。

　　研究包含随机数、时间域、频率域、模拟域等两种或多种新型编码机制、数据精度可配置的混合编码计算架构，以及编码可重构、硬件可复用的电路设计技术，研制基于CMOS或新型非易失器件的混合编码芯片，实现与数字电路相当的计算准确率，完整芯片的能效在低精度和高精度计算任务中分别达到50TOPS/W和5TOPS/W。

　　4.单片三维集成的存算一体架构及关键技术。

　　研究近存计算与存内计算融合的单片三维集成架构，高带宽的存储与计算层间数据流，以及硅基关键电路设计技术，实现堆叠3层以上、包含硅基CMOS和多种后段逻辑、存储器件的存算一体芯片，存储阵列规模不小于100Kb，完成复杂计算时的全系统能效大于10TOPS/W。

　　四、项目遴选的基本原则

　　围绕核心科学问题，本重大研究计划侧重：

　　(一)紧密围绕核心科学问题，鼓励有价值的前沿探索和创新研究。

　　(二)优先资助能解决芯片中的实际难题、具有应用前景的研究项目。

　　(三)鼓励多学科交叉研究。

　　(四)资助具有良好研究基础和前期积累、对总体目标有直接贡献的研究项目。

　　五、2022年度资助计划

　　2022年度拟资助培育项目8项左右，资助直接费用约为80万元/项，资助期限为3年，培育项目申请书中研究期限应填写“2023年1月1日-2025年12月31日”;拟资助重点支持项目4项左右，资助直接费用约为300万元/项，资助期限为4年，重点支持项目申请书中研究期限应填写“2023年1月1日-2026年12月31日”。

　　六、申请要求

　　(一)申请条件。

　　本重大研究计划项目申请人应当具备以下条件：

　　1.具有承担基础研究课题的经历;

　　2.具有高级专业技术职务(职称)。

　　在站博士后研究人员、正在攻读研究生学位以及无工作单位或者所在单位不是依托单位的人员不得作为申请人进行申请。

　　(二)限项申请规定。

　　执行《2022年度国家自然科学基金项目指南》“申请规定”中限项申请规定的相关要求。