集成電路工業(yè)水平和規(guī)模是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量，是一個國家綜合國力的標記和戰(zhàn)略競爭制高點，集成電路芯片基礎(chǔ)創(chuàng)新決定未來集成電路產(chǎn)業(yè)格局。其中存儲和計算（邏輯、模擬）芯片在集成電路產(chǎn)業(yè)中占據(jù)核心地位。

當前，大數(shù)據(jù)、云計算、超級計算、人工智能等技術(shù)的發(fā)展對集成電路存儲和計算芯片提出了更高要求?；趥鹘y(tǒng)硅基半導體材料的存儲計算芯片遭遇的“存儲墻”和“功耗墻”問題日趨嚴峻，而順勢涌現(xiàn)的一些新興半導體材料，例如石墨烯、硫化鉬此類二維層狀半導體材料憑借獨特的電學、光學特性，在新型存儲及計算電子器件和芯片系統(tǒng)應用中展現(xiàn)出無限潛能，并且目前國際社會對它們在存儲及計算領(lǐng)域中的實際應用仍處于探索階段。

為擺脫我國集成電路核心芯片依賴進口的歷史困境，我們應該抓住時代機遇，積極提前布局下一代新材料存儲和計算，盡快掌握新材料存儲計算應用核心技術(shù)和專利，在基于新材料的存儲計算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越發(fā)展。

以存儲器為例，傳統(tǒng)存儲元件操作速度等性能的提升受到材料和結(jié)構(gòu)的本質(zhì)限制，存儲性能只能以每年10%左右的速度提升，而處理單元性能則以每年約55%的速度快速提升，長期累積導致了存儲和計算速度的嚴重失配。此外，傳統(tǒng)存儲單元面臨著數(shù)據(jù)快速寫入與長時間保存的不可共存難題，這兩者共同在集成電路存儲芯片領(lǐng)域砌建起一面“存儲墻”。豐富且靈活可調(diào)的下一代半導體新材料為新型存儲設(shè)計提供了獨特的解決方案，我國科研團隊在此方面也具備一定經(jīng)驗及科學積累，包括通過引入PN結(jié)、局域場調(diào)制等技術(shù)手段，實現(xiàn)了納秒級超快非易失存儲器件，并且逾越了長期固存的存儲器操作速度及保持時間技術(shù)鴻溝，奠定了我們在新材料存儲應用領(lǐng)域的國際領(lǐng)先水平。

此外，隨著集成電路工藝尺寸微縮接近物理極限，基于傳統(tǒng)半導體材料的器件性能、芯片集成密度、能效的提升均進入瓶頸階段，新的推進動力將來源于下一代新材料的引入及應用。并且，在大數(shù)據(jù)、人工智能時代背景下，以數(shù)據(jù)為中心的應用場景不斷涌現(xiàn)，如圖像識別、語音轉(zhuǎn)譯、自動駕駛等。這些任務要求數(shù)據(jù)頻繁地進行交互通信，給當前計算和存儲分離的系統(tǒng)帶來大量冗余的能量損耗，加劇“功耗墻”難題。通過充分發(fā)掘下一代半導體新材料特性優(yōu)勢，探索突破傳統(tǒng)CMOS能耗極限的新器件、設(shè)計存算融合元器件及芯片，為打破“功耗墻”提供了可能。針對這一目標，我國研究人員利用下一代半導體新材料開展了包括單晶體管邏輯、感存算一體、神經(jīng)擬態(tài)器件及存內(nèi)計算、人工通用智能芯片等創(chuàng)新研究，同樣走在了國際前列。

我國在基于下一代半導體新材料的存儲計算應用領(lǐng)域已具備研究基礎(chǔ)，并博得先機，隨著國家政策的進一步支持，深入布局下一代新材料應用，革新傳統(tǒng)存儲計算元器件，必將支撐我國集成電路存儲計算芯片集成度、能效、功能融合持續(xù)提升，有望擺脫集成電路存儲計算芯片依賴進口的困境，全面實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、航空航天等國家重要應用領(lǐng)域中高性能芯片的自主研發(fā)。
責任編輯:tzh