我國(guó)科學(xué)家發(fā)明新的單晶體管邏輯結(jié)構(gòu)

復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)近日在集成電路基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得一項(xiàng)突破。他們發(fā)明了讓單晶體管“一個(gè)人干兩個(gè)人的活”的新邏輯結(jié)構(gòu)，使晶體管面積縮小50%，存儲(chǔ)計(jì)算的同步性也進(jìn)一步提升。如果成功產(chǎn)業(yè)化，將推動(dòng)集成電路向更輕、更快、更小、功耗更低方向發(fā)展。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》。

“這項(xiàng)研究工作的核心內(nèi)容是利用原子晶體硫化鉬做出了新結(jié)構(gòu)晶體管。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了新的單晶體管邏輯結(jié)構(gòu)，在單晶體管上實(shí)現(xiàn)了邏輯運(yùn)算的‘與’和‘或’?！睆?fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授周鵬說。

“與”和“或”是構(gòu)成計(jì)算系統(tǒng)的最基本邏輯單元。該研究工作使晶體管面積縮小50%，有效降低了成本，而原先需要兩個(gè)獨(dú)立晶體管才能實(shí)現(xiàn)邏輯功能，現(xiàn)在只要一個(gè)晶體管即可。研究還發(fā)現(xiàn)了可層數(shù)調(diào)控的晶體管邏輯特性，并提供光切換邏輯功能選項(xiàng)。

據(jù)介紹，這一新的邏輯架構(gòu)可以通過器件級(jí)存算一體路徑破解數(shù)據(jù)傳輸阻塞瓶頸問題，突破了現(xiàn)有邏輯系統(tǒng)中馮·諾依曼架構(gòu)的限制。對(duì)此，周鵬打了個(gè)比方：“原先我們計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)需要兩個(gè)房間跑，而現(xiàn)在所有數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)都在同一個(gè)房間解決?！?/p>

在馮·諾依曼架構(gòu)下，計(jì)算和存儲(chǔ)是相互分離的。“可以理解為，房間A專門用來計(jì)算數(shù)據(jù)，房間B用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在經(jīng)過計(jì)算后要通過電子借由導(dǎo)線從房間A傳輸?shù)椒块gB，這條導(dǎo)線就相當(dāng)于連接兩個(gè)房間的走廊?！敝荠i表示，如今，數(shù)據(jù)的計(jì)算速度越來越快，但存儲(chǔ)速度和傳輸速度卻未能得到同步提升，馮·諾依曼架構(gòu)的限制就主要體現(xiàn)在計(jì)算速度、存儲(chǔ)速度和傳輸速度的不相匹配。

而復(fù)旦科研團(tuán)隊(duì)的研究則在物理架構(gòu)上突破了馮·諾依曼架構(gòu)的限制，只需“一個(gè)房間”就可實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)的功能，即“房間”內(nèi)分層工作，第一層負(fù)責(zé)計(jì)算，第二層負(fù)責(zé)存儲(chǔ)，兩個(gè)表層在垂直空間上形成堆疊。

“就像兩張紙摞在一起，它們?cè)诳臻g上是堆疊著的，數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)只是在原地被相對(duì)抬高了一些而已。計(jì)算層的溝道電流可以影響到存儲(chǔ)層，從而擺脫傳輸環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)存算一體、原位存儲(chǔ)。”周鵬說。

據(jù)介紹，單晶體管邏輯結(jié)構(gòu)研究如果得以繼續(xù)推進(jìn)，應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)，將推動(dòng)集成電路往更輕、更快、更小、功耗更低的方向發(fā)展。