關(guān)于發(fā)布后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃2024年度項(xiàng)目指南的通告

國(guó)科金發(fā)計(jì)〔2024〕137號(hào)

　　國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)現(xiàn)發(fā)布后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃2024年度項(xiàng)目指南，請(qǐng)申請(qǐng)人及依托單位按項(xiàng)目指南所述要求和注意事項(xiàng)申請(qǐng)。

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)

2024年5月21日

 

后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃2024年度項(xiàng)目指南

　　本重大研究計(jì)劃面向芯片自主發(fā)展的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，以芯片的基礎(chǔ)問(wèn)題為核心，旨在發(fā)展后摩爾時(shí)代新器件和計(jì)算架構(gòu)，突破芯片算力瓶頸，促進(jìn)我國(guó)芯片研究水平的提升，支撐我國(guó)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(jì)劃面向未來(lái)芯片算力問(wèn)題，聚焦芯片領(lǐng)域發(fā)展前沿，擬通過(guò)信息、數(shù)學(xué)、物理、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(jì)算新架構(gòu)等方面取得突破，研制出1fJ以下開(kāi)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(shí)現(xiàn)算力提升2個(gè)數(shù)量級(jí)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(jì)算架構(gòu)，培養(yǎng)一支有國(guó)際影響力的研究隊(duì)伍，提升我國(guó)在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際地位。

 

?二、核心科學(xué)問(wèn)題

針對(duì)后摩爾時(shí)代芯片技術(shù)的算力瓶頸，圍繞以下三個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)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(wèn)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(shí)現(xiàn)超低能耗下數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)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(wèn)題：在探索同時(shí)具備載流子長(zhǎng)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(shí)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(wèn)題：探尋計(jì)算與存儲(chǔ)融合的機(jī)制與方法，并結(jié)合新型信息編碼范式，實(shí)現(xiàn)新型計(jì)算架構(gòu)，突破馮?諾依曼架構(gòu)的能效瓶頸。

 

三、2024年度重點(diǎn)資助研究方向

（一）培育項(xiàng)目。

圍繞上述科學(xué)問(wèn)題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，擬資助探索性強(qiáng)、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的培育項(xiàng)目5項(xiàng)，研究方向包括但不限于以下內(nèi)容：

1. 超低功耗器件的理論、材料與集成技術(shù)。

針對(duì)1fJ以下的開(kāi)關(guān)能耗目標(biāo)，研究超越CMOS的新原理邏輯、存儲(chǔ)器件及其核心材料與集成技術(shù)；研究極端物理?xiàng)l件下的極低功耗信息處理與存儲(chǔ)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，尋求高遷移率和高態(tài)密度的硅基兼容半導(dǎo)體新材料，研究并實(shí)現(xiàn)高彈道輸運(yùn)系數(shù)的新型場(chǎng)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(jì)算與存儲(chǔ)架構(gòu)。

探尋突破馮諾伊曼能效瓶頸的新型計(jì)算架構(gòu)和存儲(chǔ)架構(gòu)，研究面向存內(nèi)計(jì)算新架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法學(xué)。

（二）重點(diǎn)支持項(xiàng)目。

圍繞核心科學(xué)問(wèn)題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，擬資助前期研究成果積累較好、處于當(dāng)前前沿?zé)狳c(diǎn)、對(duì)總體目標(biāo)有較大貢獻(xiàn)的重點(diǎn)支持項(xiàng)目6項(xiàng)，方向如下：

1.超低溫下的彈道輸運(yùn)器件。

面向低功耗高性能需求，研制低溫彈道輸運(yùn)器件，低于77K 工作溫度下，柵極過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓和漏極電壓同時(shí)小于0.5 V 時(shí)，器件電流開(kāi)關(guān)比達(dá)到9個(gè)數(shù)量級(jí)以上，器件的彈道輸運(yùn)系數(shù)大于0.8，且載流子注入速度大于 1×10⁷?cm/s；建立77K以下低溫器件PDK，設(shè)計(jì)在77K以下低溫工作的8 bit微處理器，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其速度和功耗性能優(yōu)于室溫性能1倍以上，為超越現(xiàn)有硅基高性能計(jì)算技術(shù)提供可工程化的解決方案。

2.高遷移率堆疊溝道圍柵CMOS器件。

面向高性能應(yīng)用需求，研制出高遷移率堆疊溝道的多層圍柵CMOS器件，溝道層數(shù)不小于3層，NMOS與PMOS在工作電壓為0.7 V時(shí)開(kāi)態(tài)電流均大于600 μA/μm，NMOS與PMOS的閾值電壓絕對(duì)值偏差小于100 mV，開(kāi)關(guān)比大于10⁶。

3.高魯棒性的SRAM存算一體架構(gòu)及其大規(guī)模擴(kuò)展架構(gòu)研究。

研究數(shù)字域SRAM（隨機(jī)靜態(tài)存儲(chǔ)器）存算一體架構(gòu)及其高魯棒性設(shè)計(jì)方案，研究定點(diǎn)、浮點(diǎn)及可變精度的高算力密度SRAM存算一體架構(gòu)技術(shù)，單芯片算力不低于4 TOPS，支持INT8/BF16等主流計(jì)算精度，支持大模型中的張量算子；研究面向大模型應(yīng)用的算力可擴(kuò)展架構(gòu)及高效編譯方法，算力不低于100 TOPS@INT8, 50 TFLOPS@BF16，解決SRAM存算一體架構(gòu)的算力擴(kuò)展問(wèn)題。

4.融合不同存儲(chǔ)介質(zhì)的異構(gòu)存算一體架構(gòu)研究。

研究融合新型非易失高密度存儲(chǔ)器與易失性高速高耐久性存儲(chǔ)器異質(zhì)集成方法、近存與存內(nèi)計(jì)算電路融合設(shè)計(jì)、多算子靈活可編程架構(gòu)技術(shù)、以及融合不同存儲(chǔ)介質(zhì)的異構(gòu)存算一體架構(gòu)芯片，支持INT8、BF16等多種數(shù)據(jù)精度，計(jì)算能效>20 TOPS/W@INT8，支持大模型、機(jī)器視覺(jué)等主流人工智能算法的多種張量算子，實(shí)現(xiàn)算力密度和能效的顯著提升。

5.面向科學(xué)計(jì)算的高精度模擬計(jì)算架構(gòu)研究。

研究基于模擬計(jì)算機(jī)制的線性矩陣方程、非線性矩陣方程、微分方程的高精度求解方法與電路拓?fù)洌芯棵嫦蚩茖W(xué)計(jì)算或AI for Science的模擬計(jì)算架構(gòu)；矩陣求解規(guī)模不少于1024×1024，精度不低于32位浮點(diǎn)數(shù)；FP32求解精度下，功耗降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，求解延時(shí)降低1個(gè)數(shù)量級(jí)。

6.面向新型計(jì)算器件的異構(gòu)眾核架構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

面向新型計(jì)算器件，研究通用、可擴(kuò)展的異構(gòu)眾核架構(gòu)設(shè)計(jì)方法。構(gòu)建應(yīng)用分析模型，獲取“專用-通用”異構(gòu)算力、存儲(chǔ)帶寬等設(shè)計(jì)需求；構(gòu)建架構(gòu)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，基于新型計(jì)算器件描述異構(gòu)計(jì)算核、眾核數(shù)據(jù)流、存儲(chǔ)層次和互連等；研究異構(gòu)眾核架構(gòu)的自動(dòng)化生成和尋優(yōu)方法，提升架構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。基于上述方法開(kāi)發(fā)工具原型，選取典型器件和應(yīng)用設(shè)計(jì)異構(gòu)眾核架構(gòu)，專用算力不低于64 TOPS@INT8、通用算力不低于6 TOPS@INT8。

(三)集成項(xiàng)目。

擬遴選具有重大應(yīng)用價(jià)值和良好研究基礎(chǔ)的研究方向資助集成項(xiàng)目3項(xiàng)，方向如下：

1.面向大規(guī)模CMOS集成的二維半導(dǎo)體技術(shù)。

針對(duì)后摩爾時(shí)代超低功耗器件的需求，研究面向大規(guī)模CMOS集成的單原子層二維半導(dǎo)體材料、器件、EDA與工藝，解決硅基CMOS技術(shù)面臨的微縮瓶頸與功耗瓶頸。發(fā)展N型與P型二維半導(dǎo)體單晶制備方法，實(shí)現(xiàn)8英寸硅基襯底上二維半導(dǎo)體單晶連續(xù)薄膜的制備；研究二維半導(dǎo)體器件集成工藝，實(shí)現(xiàn)基于二維半導(dǎo)體的CMOS邏輯門單元，其中器件柵介質(zhì)等效氧化層厚度（EOT）≤1 nm，歐姆接觸電阻≤100 Ω·μm（接觸長(zhǎng)度≤20 nm），1 V源漏電壓下開(kāi)態(tài)電流密度≥1 mA/μm；發(fā)展器件-工藝-電路協(xié)同優(yōu)化策略，研制千門級(jí)二維半導(dǎo)體邏輯芯片，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵邏輯功能驗(yàn)證。

2.RISC-V與存算一體異構(gòu)融合芯片。

面向大模型等人工智能應(yīng)用的高算力密度、計(jì)算完備性和自主可控生態(tài)的需求，研究SRAM存算一體與高性能RISC-V處理器的異構(gòu)融合架構(gòu)設(shè)計(jì)，多核可擴(kuò)展架構(gòu)與高速互連設(shè)計(jì)，及全棧式異構(gòu)計(jì)算編譯與軟件棧。完成基于高性能RISC-V處理器核的存算一體擴(kuò)展指令集，包括不低于10條擴(kuò)展指令，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算芯片原型1款，AI計(jì)算模塊的算力密度大于5.92 TPP/mm²，完成多核異構(gòu)可擴(kuò)展計(jì)算架構(gòu)及其仿真器設(shè)計(jì)，架構(gòu)算力不低于100 TOPS@INT8，完成RISC-V異構(gòu)編譯全棧軟件工具鏈，實(shí)現(xiàn)面向異構(gòu)多核芯片的高效編譯與自動(dòng)化程序部署。

3.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)存算集成計(jì)算架構(gòu)。

面向人工智能高算力、高能效需求，研究數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字計(jì)算與存內(nèi)計(jì)算結(jié)合的存算集成計(jì)算架構(gòu)并研制驗(yàn)證芯片。研究存算集成架構(gòu)的數(shù)據(jù)編碼方式與計(jì)算原理，探索數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的存算協(xié)同數(shù)據(jù)流，設(shè)計(jì)適配存算集成的電路、系統(tǒng)架構(gòu)與并行方法，解決智能計(jì)算芯片高能效、高精度、高靈活難兼顧的難題。研制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)存算集成計(jì)算芯片，支持可變計(jì)算精度，支持線性與非線性算子>10種，峰值計(jì)算能效> 40 TOPS·bit/W，存算陣列性能密度>12 TOPS·bit/mm²，存儲(chǔ)容量>1 Mb，存儲(chǔ)密度>1 Mb/mm²，在典型人工智能模型上完成驗(yàn)證。

 

四、項(xiàng)目遴選的基本原則

（一）緊密圍繞核心科學(xué)問(wèn)題，鼓勵(lì)有價(jià)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(shí)際難題、具有應(yīng)用前景的研究項(xiàng)目。

（三）鼓勵(lì)與數(shù)學(xué)、物理、工程、材料、生命科學(xué)等多學(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(duì)總體目標(biāo)有直接貢獻(xiàn)的研究項(xiàng)目。

 

五、2024年度資助計(jì)劃

2024年度擬資助培育項(xiàng)目5項(xiàng)，直接費(fèi)用的平均資助強(qiáng)度約為80萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為3年，培育項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”；擬資助重點(diǎn)支持項(xiàng)目6項(xiàng)，直接費(fèi)用的平均資助強(qiáng)度約為300萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為3年，重點(diǎn)支持項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”。擬資助集成項(xiàng)目3項(xiàng)，直接費(fèi)用的平均資助強(qiáng)度約為1500萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為3年，集成項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”。

 

六、申請(qǐng)要求及注意事項(xiàng)

（一）申請(qǐng)條件。

本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)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(jí)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(wú)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(qǐng)人進(jìn)行申請(qǐng)。

（二）限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定。

執(zhí)行《2024年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》“申請(qǐng)規(guī)定”中限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定的相關(guān)要求。

（三）申請(qǐng)注意事項(xiàng)。

申請(qǐng)人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項(xiàng)目指南、《2024年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》和《關(guān)于2024年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目申請(qǐng)與結(jié)題等有關(guān)事項(xiàng)的通告》中相關(guān)要求。

1.本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)行無(wú)紙化申請(qǐng)。申請(qǐng)書提交日期為2024年6月24日－7月1日16時(shí)。

（1）申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱信息系統(tǒng))中重大研究計(jì)劃項(xiàng)目的填報(bào)說(shuō)明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請(qǐng)書及附件材料。

（2）本重大研究計(jì)劃旨在緊密圍繞核心科學(xué)問(wèn)題，將對(duì)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(shì)整合，成為一個(gè)項(xiàng)目集群。申請(qǐng)人應(yīng)根據(jù)本重大研究計(jì)劃擬解決的具體科學(xué)問(wèn)題和項(xiàng)目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項(xiàng)目名稱、科學(xué)目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費(fèi)等。

（3）申請(qǐng)書中的資助類別選擇“重大研究計(jì)劃”，亞類說(shuō)明選擇“培育項(xiàng)目”“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”或“集成項(xiàng)目”，附注說(shuō)明選擇“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”，根據(jù)申請(qǐng)的具體研究?jī)?nèi)容選擇相應(yīng)的申請(qǐng)代碼。

培育項(xiàng)目和重點(diǎn)支持項(xiàng)目的合作研究單位不得超過(guò)2個(gè)。集成項(xiàng)目的合作研究單位不得超過(guò)4個(gè)。

（4）申請(qǐng)人在申請(qǐng)書“立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容”部分，應(yīng)當(dāng)首先明確說(shuō)明申請(qǐng)符合本項(xiàng)目指南中的重點(diǎn)資助研究方向，以及對(duì)解決本重大研究計(jì)劃核心科學(xué)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)本重大研究計(jì)劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。

如果申請(qǐng)人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計(jì)劃相關(guān)的其他科技計(jì)劃項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)在申請(qǐng)書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請(qǐng)項(xiàng)目與其他相關(guān)項(xiàng)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(qǐng)以及審核申請(qǐng)材料等工作。在2024年7月1日16時(shí)前通過(guò)信息系統(tǒng)逐項(xiàng)確認(rèn)提交本單位電子申請(qǐng)書及附件材料，并于7月2日16時(shí)前在線提交本單位項(xiàng)目申請(qǐng)清單。

3.其他注意事項(xiàng)。

（1）為實(shí)現(xiàn)重大研究計(jì)劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項(xiàng)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(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計(jì)劃其他項(xiàng)目之間的相互支撐關(guān)系。

（2）為加強(qiáng)項(xiàng)目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項(xiàng)目群的形成和多學(xué)科交叉與集成，本重大研究計(jì)劃將每年舉辦一次資助項(xiàng)目的年度學(xué)術(shù)交流會(huì)，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會(huì)。獲資助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計(jì)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(dòng)。

（四）咨詢方式。

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部四處

聯(lián)系電話：010-62327351

 

來(lái)源:國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)

 

單位介紹:

? ? 我單位主要從事全國(guó)科技成果評(píng)價(jià)、國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)咨詢、項(xiàng)目戰(zhàn)略研討、專家考察調(diào)研、科技政策培訓(xùn)、企業(yè)內(nèi)訓(xùn)等相關(guān)業(yè)務(wù)。在科技咨詢領(lǐng)域具有很強(qiáng)的政府背景、行業(yè)渠道、人脈資源及專業(yè)能力，為廣大科研工作者及科技型企事業(yè)單位提供專業(yè)化服務(wù)。

近期相關(guān)科技培訓(xùn):

6月12-15日青島|面向新質(zhì)生產(chǎn)力的國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)和科研平臺(tái)建設(shè)運(yùn)行、科研經(jīng)費(fèi)全過(guò)程管理與信息化建設(shè)高級(jí)研修班

6月4-6日成都|高價(jià)值專利布局、專利檢索分析及科技成果轉(zhuǎn)化運(yùn)用能力提升培訓(xùn)班

如有相關(guān)需求可聯(lián)系: 王主任 ，電話:13426056628(同微信)

    

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