面向我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，針對后摩爾時代芯片發(fā)展中最本質(zhì)的算力瓶頸問題，自然科學(xué)基金委2019年啟動了“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃，旨在通過新材料、新原理、新結(jié)構(gòu)、新器件和新架構(gòu)的創(chuàng)新研究，突破芯片算力瓶頸，提升我國芯片研究水平。

　　為進(jìn)一步做好“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃的項目立項和資助工作，經(jīng)本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組會議討論決定，面向科技界征集2024年度項目指南建議。

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，擬通過與信息、數(shù)理、工程材料、生命等多學(xué)科的交叉融合，在超低能耗信息處理新機理、載流子近似彈道輸運新機理、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高能效非馮計算新架構(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?諾伊曼架構(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

　　為實現(xiàn)總體科學(xué)目標(biāo)，本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學(xué)問題展開研究：

　　(一) 器件能耗邊界及突破機理。

　　功耗墻是后摩爾時代限制芯片算力提升的本質(zhì)問題之一。本計劃將探尋傳統(tǒng)MOSFET器件的能耗邊界，研究突破該邊界的輸運新機理，實現(xiàn)極低功耗下的計算、存儲和傳輸。

　　(二) 逼近速度極限的輸運機制。

　　器件性能和集成架構(gòu)是支撐芯片算力提升的基礎(chǔ)。本計劃將探索實現(xiàn)長自由程和高態(tài)密度材料體系和近似彈道輸運的器件機理，逼近載流子彈道輸運速度極限，解決集成環(huán)境下寄生效應(yīng)造成的性能退化，實現(xiàn)超越傳統(tǒng)MOSFET的高性能器件。

　　(三) 超越馮氏架構(gòu)能效的機制。

　　傳統(tǒng)的計算架構(gòu)與范式難以滿足多樣化的信息感知、處理與存儲要求。本計劃將探尋基于新型信息載體和編碼方式的計算與存儲單元，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建突破馮?諾依曼架構(gòu)能效瓶頸的新型計算架構(gòu)與范式。

三、指南建議書主要內(nèi)容

　　根據(jù)《國家自然科學(xué)基金重大研究計劃管理辦法》，重大研究計劃項目包括培育項目、重點支持項目、集成項目和戰(zhàn)略研究項目4個亞類，本次指南建議征集主要針對重點支持項目亞類。重點支持項目是指研究方向?qū)儆趪H前沿，創(chuàng)新性強，有很好的研究基礎(chǔ)和研究隊伍，有望取得重要研究成果，并且對重大研究計劃目標(biāo)的完成有重要作用的項目。

　　指南建議書主要內(nèi)容包括：

　　(一)對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)總體目標(biāo)的貢獻(xiàn);

　　(二)圍繞解決核心科學(xué)問題擬開展的主要研究內(nèi)容;

　　(三)預(yù)期可能取得的突破性進(jìn)展及其可行性論證;

　　(四)國內(nèi)外在相關(guān)方向的研究現(xiàn)狀和水平;

　　(五)建議方向的科學(xué)屬性及學(xué)科交叉情況。

四、近四年已發(fā)布指南方向

　　(一)2020年度項目指南：http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab568/info77917.htm;

　　(二)2021年度項目指南：http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab948/info79814.htm;

　　(三)2022年度項目指南：https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab948/info83563.htm;

　　(四)2023年度項目指南：https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab948/info88573.htm。

五、指南建議書提交方式

　　請于2023年12月11日前通過Email將“指南建議書”電子版(見附件)發(fā)至信息科學(xué)部四處聯(lián)系人郵箱。

　　聯(lián)系人：唐華

　　郵箱：tanghua@nsfc.gov.cn

　　聯(lián)系電話：010-62327351

　　國家自然科學(xué)基金委員會

　　信息科學(xué)部

　　2023年11月20日