國(guó)科金發(fā)計(jì)〔2022〕7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2022年度項(xiàng)目指南，請(qǐng)申請(qǐng)人及依托單位按項(xiàng)目指南中所述的要求和注意事項(xiàng)申請(qǐng)。
國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)
2022年2月17日
后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究重大研究計(jì)劃
2022年度項(xiàng)目指南
“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”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)域的發(fā)展與創(chuàng)新。
一、科學(xué)目標(biāo)
本重大研究計(jì)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、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(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?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(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)問題
本計(jì)劃針對(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(shí)現(xiàn)超低能耗下數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸。
?。ǘ┩黄乒杌俣葮O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(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。
?。ㄈ┏浇?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(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、2022年度資助的研究方向
?。ㄒ唬┡嘤?xiàng)目。
圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2022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(qǐng)項(xiàng)目，研究方向如下：
1.新原理超低功耗器件。
針對(duì)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(chǔ)、感知器件及其材料、集成技術(shù)；研究高傳輸效率、低能量耗散的芯片級(jí)互連技術(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.具有長(zhǎng)自由程與高態(tài)密度的半導(dǎo)體新材料和器件。
探究彈道輸運(yùn)機(jī)制，尋求超越傳統(tǒng)硅基溝道自由程和高態(tài)密度的半導(dǎo)體材料，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。
3.新型計(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)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2022年擬資助研究基礎(chǔ)較好、對(duì)總體目標(biāo)有較大貢獻(xiàn)的申請(qǐng)項(xiàng)目，研究方向如下：
1.低功耗新材料DRAM器件技術(shù)。
研制出CMOS后道集成工藝兼容的高速低功耗無電容DRAM單元，讀寫時(shí)間小于10ns，動(dòng)態(tài)保持時(shí)間1小時(shí)以上，實(shí)現(xiàn)多bit存儲(chǔ)。
2.基于新材料的近似彈道輸運(yùn)器件。
研究超越單晶硅溝道平均自由程，同時(shí)具備高態(tài)密度的新溝道材料，實(shí)現(xiàn)與CMOS工藝兼容且逼近彈道輸運(yùn)極限的新溝道材料互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。室溫下，柵極過驅(qū)動(dòng)電壓和漏極電壓小于0.75 V時(shí)，彈道輸運(yùn)系數(shù)大于0.5，注入速度大于5×106cm/s，驅(qū)動(dòng)電流超過500μA/μm。
3.可重構(gòu)的混合編碼計(jì)算架構(gòu)及電路復(fù)用技術(shù)。
研究包含隨機(jī)數(shù)、時(shí)間域、頻率域、模擬域等兩種或多種新型編碼機(jī)制、數(shù)據(jù)精度可配置的混合編碼計(jì)算架構(gòu)，以及編碼可重構(gòu)、硬件可復(fù)用的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，研制基于CMOS或新型非易失器件的混合編碼芯片，實(shí)現(xiàn)與數(shù)字電路相當(dāng)?shù)挠?jì)算準(zhǔn)確率，完整芯片的能效在低精度和高精度計(jì)算任務(wù)中分別達(dá)到50TOPS/W和5TOPS/W。
4.單片三維集成的存算一體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。
研究近存計(jì)算與存內(nèi)計(jì)算融合的單片三維集成架構(gòu)，高帶寬的存儲(chǔ)與計(jì)算層間數(shù)據(jù)流，以及硅基關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)堆疊3層以上、包含硅基CMOS和多種后段邏輯、存儲(chǔ)器件的存算一體芯片，存儲(chǔ)陣列規(guī)模不小于100Kb，完成復(fù)雜計(jì)算時(shí)的全系統(tǒng)能效大于10TOPS/W。
四、項(xiàng)目遴選的基本原則
圍繞核心科學(xué)問題，本重大研究計(jì)劃側(cè)重：
?。ㄒ唬┚o密圍繞核心科學(xué)問題，鼓勵(lì)有價(jià)值的前沿探索和創(chuàng)新研究。
?。ǘ﹥?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。
?。ㄈ┕膭?lì)多學(xué)科交叉研究。
（四）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、2022年度資助計(jì)劃
2022年度擬資助培育項(xiàng)目8項(xiàng)左右，資助直接費(fèi)用約為80萬元/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“2023年1月1日－2025年12月31日”；擬資助重點(diǎn)支持項(xiàng)目4項(xiàng)左右，資助直接費(fèi)用約為300萬元/項(xiàng)，資助期限為4年，重點(diǎn)支持項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2023年1月1日－2026年12月31日”。
六、申請(qǐng)要求及注意事項(xiàng)
?。ㄒ唬┥暾?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)。
?。ǘ┫揄?xiàng)申請(qǐng)規(guī)定。
執(zhí)行《2022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。
?。ㄈ┥暾?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、《2022年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》和《關(guān)于2022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)行無紙化申請(qǐng)。申請(qǐng)書提交日期為2022年3月18日－3月20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”，亞類說明選擇“培育項(xiàng)目”或“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”，附注說明選擇“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2個(gè)。
?。?）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)首先明確說明申請(qǐng)符合本項(xiàng)目指南中的資助研究方向，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2022年3月20日16時(shí)前通過信息系統(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3月21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)。
?。?）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。
?。?）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)。
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