[数码讨论]手机有望实现超长待机！中国团队有新突破→ [复制链接]

来源：人民网

（AI图片）
未来智能手机实现超长待机、物联网传感器电池续航数年、可穿戴设备无需频繁充电——这些关于低功耗电子产品的美好愿景，正因一项关键突破而加速照进现实。
北京大学电子学院邱晨光研究员—彭练矛院士团队，带来一项“四两拨千斤”的硬核突破—— 成功研制出一种新型 “纳米栅超低功耗铁电晶体管” 。它就像一个能量消耗极低的 “记忆开关” ，为解决芯片高能耗问题找到了新路径。相关成果日前在线发表于国际学术期刊《科学·进展》。
它牛在哪？
“简单说，它用一个极其巧妙的设计，打破了传统芯片的一大难题：电脑和手机处理器（CPU）在处理数据时，存储和计算是分开的，数据在两个模块之间来回搬运，不仅费时，也很费电。就像厨师做菜时，每放一次调料都得跑回仓库拿，时间和体力都浪费了。”邱晨光说， 铁电晶体管被寄予厚望，就是因为它能 “存算一体”（既是仓库又是灶台），断电了信息也不会丢。但它的致命短板是操作电压太高，导致功耗巨大，难以实际应用。
研究团队的突破在于，他们把晶体管的关键部件——栅极，缩小到了1纳米。
这是什么概念？一根头发丝的直径大约是8万至10万纳米。
在这个原子级别尺度上，他们造出了一个极细的“电场探针”。通电后，电场能量会像水流汇聚到针尖一样高度集中。 结果就是，只需施加0.6伏的微小电压，就能轻松拨动这个“开关”，完成数据存储。邱晨光举例：“就像用一根极细的针把力量集中在一点，轻松撬动了原本需要大力气才能搬动的重物。”
“这种设计打破了传统铁电晶体管的物理限制，让电压效率提升至125%，真正实现了超低功耗下的数据高效存储。”
这组数据意味着什么？

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  电压更低：0.6伏的工作电压，低于现在主流芯片的0.7伏。

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  能耗骤降：开关能耗比国际最好水平降低了整整一个数量级。

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  效率突破：电压效率首次突破了铁电材料的理论极限。

这项技术有什么用？
“如果未来走向实用，搭载这种芯片的手机、可穿戴设备、自动驾驶仪、云端服务器，都能用极少的电量完成大量计算和存储任务。”彭练矛说，对于正在飞速发展的AI技术来说，这更是一剂良药。如今的大模型和芯片都是“电老虎”，能耗已成为继续提升算力的最大阻碍。而这种“越小越省电、越小越好用”的新器件，为突破这堵墙打开了一扇新的大门。

北大团队突破性成果：1纳米“纳米栅超低功耗铁电晶体管”开启芯片节能新时代  
——存算一体+原子级设计，破解高能耗难题，为AI与物联网注入新动能  

北京大学电子学院邱晨光研究员与彭练矛院士团队在芯片领域取得关键突破，成功研制出“纳米栅超低功耗铁电晶体管”，以1纳米栅极的原子级精度实现超低电压（0.6伏）操作，将开关能耗降低一个数量级，并突破铁电材料理论效率极限。这一成果发表于国际学术期刊《科学·进展》，为智能手机、物联网、可穿戴设备及AI算力提升提供了革命性解决方案。
一、技术突破：从“存算分离”到“存算一体”的范式革新  
1. 传统芯片的能耗痛点：数据搬运的“体力浪费”  
存算分离架构：当前芯片的存储与计算模块物理分离，数据需在CPU与内存间频繁搬运，导致高延迟与高能耗。  
类比：厨师做菜时，每放一次调料需跑回仓库拿取，效率低下且体力消耗大。  
铁电晶体管的潜力：理论上可实现“存算一体”（既是仓库又是灶台），断电后信息不丢失，但操作电压过高（传统需数伏）导致功耗巨大，难以实用。  
2. 北大团队的“四两拨千斤”：1纳米栅极打破物理限制  
关键创新：将晶体管栅极缩小至1纳米（头发丝直径的十万分之一），构建极细“电场探针”。  
原理：通电后电场能量如水流汇聚针尖，高度集中，仅需0.6伏微小电压即可拨动“开关”，完成数据存储。  
类比：用一根极细的针将力量集中于一点，轻松撬动重物。  
性能飞跃：  
电压更低：0.6伏工作电压，低于主流芯片的0.7伏；  
能耗骤降：开关能耗比国际最好水平降低一个数量级；  
效率突破：电压效率提升至125%，首次突破铁电材料理论极限。  
二、技术价值：从消费电子到AI算力的全场景赋能  
1. 消费电子：超长续航与极致便携  
智能手机：实现超长待机，减少充电频率；  
可穿戴设备：如智能手表、耳机，无需频繁充电，提升用户体验；  
物联网传感器：电池续航从数月延长至数年，降低维护成本。  
2. 高算力场景：破解AI“能耗墙”  
大模型训练：当前AI芯片（如GPU）因高能耗限制算力提升，新技术可显著降低功耗，支持更大规模模型训练；  
自动驾驶仪：低功耗芯片支持实时数据处理，延长设备续航；  
云端服务器：降低数据中心能耗，减少碳排放，符合绿色计算趋势。  
3. 产业影响：重塑芯片设计逻辑  
存算一体架构普及：推动芯片从“存算分离”向“存算一体”转型，提升能效比；  
原子级制造技术：1纳米栅极工艺为后摩尔时代芯片小型化提供新路径；  
材料科学突破：铁电材料效率突破理论极限，拓展新型半导体材料应用空间。  
三、未来展望：从实验室到产业化的“最后一公里”  
1. 技术挑战：规模化制造与可靠性验证  
工艺难度：1纳米栅极需突破原子级制造精度，良品率与成本控制是关键；  
长期稳定性：需验证铁电晶体管在极端环境（如高温、强辐射）下的可靠性；  
生态适配：需与现有芯片设计流程、软件栈兼容，降低产业落地门槛。  
2. 产业化路径：产学研协同加速落地  
合作模式：高校、芯片厂商（如中芯国际、华为海思）与终端企业联合攻关；  
政策支持：纳入国家“东数西算”“新型基础设施”等战略，争取资金与资源倾斜；  
标准制定：推动存算一体芯片接口、协议标准化，构建产业生态。  
3. 长期影响：定义下一代芯片技术标准  
能效比革命：若技术成熟，芯片能效比可能提升10倍以上，重塑全球半导体竞争格局；  
AI算力跃迁：低功耗芯片支持分布式AI训练，推动边缘计算与智能终端普及；  
绿色计算：降低全球数据中心能耗，助力碳中和目标实现。  
结语：北大突破，芯片节能的“针尖效应”  

北大团队的1纳米铁电晶体管，以“针尖般精准”的设计破解了芯片高能耗难题，其价值不仅在于技术参数的突破，更在于为后摩尔时代芯片发展指明了新方向——通过存算一体与原子级制造，实现能效比的指数级提升。  

正如彭练矛院士所言：“这项技术为突破算力能耗墙打开了一扇新的大门。”随着产业化进程加速，未来我们或将见证一个“超长续航与极致算力并存”的智能时代，而这一切，始于一根1纳米的“电场探针”。

中国科研团队在手机超长待机技术领域取得重大突破，未来智能手机有望实现超长待机，物联网传感器续航可达数年，可穿戴设备无需频繁充电。这一突破的核心在于新型纳米栅超低功耗铁电晶体管的研发，其创新点包括：

存算一体设计
传统芯片的存储与计算模块分离，数据搬运过程耗电且低效。新研发的铁电晶体管实现了"仓库与灶台合一"的存算一体架构，断电后信息不丢失，从根源上减少能耗。

1纳米栅极技术
通过将晶体管栅极缩小至1纳米（约为头发丝直径的1/80000），形成原子级电场探针。该设计使电场能量高度集中，仅需0.6伏超低电压即可完成数据存储，能耗较国际最优水平降低一个数量级。

电压效率跃升125%
纳米栅结构突破物理限制，以"四两拨千斤"的原理显著提升电压效率。类比"用细针撬动重物"，仅需微小能量即可高效驱动存储开关。

技术应用前景

消费电子：手机、可穿戴设备待机时长大幅提升，彻底解决频繁充电痛点。

物联网：传感器可连续工作数年，推动智慧城市、远程监测应用普及。
云端与自动驾驶：服务器与车载系统以更低能耗处理海量数据，助力绿色计算。
此项突破从底层芯片结构重构能耗逻辑，为电子设备续航瓶颈提供全新解决方案。