手機(jī)有望實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī) 新技術(shù)突破功耗難題

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2026-02-16 13:38:07 光明日?qǐng)?bào)

未來(lái)智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器電池續(xù)航數(shù)年、可穿戴設(shè)備無(wú)需頻繁充電，這些關(guān)于低功耗電子產(chǎn)品的美好愿景正因一項(xiàng)關(guān)鍵突破而加速成為現(xiàn)實(shí)。北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員和彭練矛院士團(tuán)隊(duì)成功研制出一種新型“納米柵超低功耗鐵電晶體管”，它像一個(gè)能量消耗極低的“記憶開(kāi)關(guān)”，為解決芯片高能耗問(wèn)題找到了新路徑。相關(guān)成果已在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上發(fā)表。

這種新型晶體管用極其巧妙的設(shè)計(jì)解決了傳統(tǒng)芯片的一大難題：電腦和手機(jī)處理器在處理數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)和計(jì)算是分開(kāi)的，數(shù)據(jù)在兩個(gè)模塊之間來(lái)回搬運(yùn)，不僅費(fèi)時(shí)而且費(fèi)電。鐵電晶體管可以實(shí)現(xiàn)“存算一體”，斷電后信息也不會(huì)丟失。但其致命短板是操作電壓太高，導(dǎo)致功耗巨大，難以實(shí)際應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)的突破在于將晶體管的關(guān)鍵部件——柵極縮小到了1納米。這個(gè)尺寸相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的八萬(wàn)分之一到十萬(wàn)分之一。在這個(gè)原子級(jí)別尺度上，他們?cè)斐隽艘粋€(gè)極細(xì)的“電場(chǎng)探針”。通電后，電場(chǎng)能量會(huì)高度集中，只需施加0.6伏的微小電壓就能輕松撥動(dòng)這個(gè)“開(kāi)關(guān)”，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。邱晨光舉例說(shuō)：“就像用一根極細(xì)的針把力量集中在一點(diǎn)，輕松撬動(dòng)了原本需要大力氣才能搬動(dòng)的重物?！?/p>

這種設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)鐵電晶體管的物理限制，使電壓效率提升至125%，真正實(shí)現(xiàn)了超低功耗下的數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)。具體來(lái)說(shuō)，工作電壓降至0.6伏，低于目前主流芯片的0.7伏；開(kāi)關(guān)能耗比國(guó)際最好水平降低了整整一個(gè)數(shù)量級(jí)；電壓效率首次突破了鐵電材料的理論極限。

如果這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)走向?qū)嵱茫钶d這種芯片的手機(jī)、可穿戴設(shè)備、自動(dòng)駕駛儀和云端服務(wù)器都能用極少的電量完成大量計(jì)算和存儲(chǔ)任務(wù)。對(duì)于正在飛速發(fā)展的AI技術(shù)來(lái)說(shuō)，這更是福音。如今的大模型和芯片都是“電老虎”，能耗已成為繼續(xù)提升算力的最大阻礙。而這種“越小越省電、越小越好用”的新器件，為突破這堵墻打開(kāi)了一扇新的大門。

(責(zé)任編輯：zx0001)

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