融信息感知、存储、处理于一身，摒弃冗余的模块组合和数据转换传输，对运动物体的探测与识别一步到位……你可曾设想过视网膜形态的一体化运动探测器件？而今，经周鹏团队科研攻关，这一想象不再停留于脑海中。
复旦大学微电子学院教授周鹏团队与中科院上海技术物理研究所胡伟达研究员通力合作，在智能运动探测领域取得了原创性进展，巧妙地运用新型神经网络概念打造出了动态感存算一体化、可实现人类视觉完整功能的“全在一”器件，首次得以在时间尺度上进行图像处理，实现运动探测与识别。11月8日，相关研究成果以《面向运动探测识别的全在一二维视网膜硬件器件》（All-in-one two-dimensional retinomorphic hardware device for motion detection and recognition）为题在线发表于《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）。
全在一视网膜形态器件基本特性
全在一视网膜形态器件实现运动探测演示，运动图像为作者在复旦大学光华楼前跑步
周鹏团队16年来深耕集成电路新型器件和系统研究领域，成果丰硕，仅2021年5月以来，已有六项成果接连于《自然-电子学》（Nature Electronics）、《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）、《自然-通讯》（Nature Communications）等《自然》子刊发表。
探索学科前沿发展趋势，聚力突破“卡脖子”难题，不断攀登科研高峰，周鹏团队正在创“芯”报国的道路上步履不停。
“风洞”实验：为“硅”探路和拓展
累累硕果的背后，是长达数十年的深耕与持续探索。2005年从复旦大学博士毕业后，周鹏即留校任教，多年来潜心扎根于集成电路新材料、新器件和新工艺的研究。“科研道路上，迷茫、困顿是常态，不能心急，在经历不断的尝试、摸索后，终有开花结果的时候。”
硅是目前集成电路的主要载体，然而，过于昂贵的工艺流程限制了创造性器件的设计与研发，且常规的硅器件结构及系统已无法满足智能时代产生的新需求。周鹏团队便将目光投向了物性更丰富、性质更多元的二维材料以构筑新器件，为硅找寻尝试解决当前集成密度与能耗难题的方案。
“我们的二维原子晶体就像扮演了航空技术中‘风洞’的角色，为硅探路。”周鹏解释道。团队牢牢把握两条主线，即从器件基本原理出发和从材料的本质特性出发，两条线交叉融汇而得出新思路、新观点，获得一般规律，进而在硅上重现，探索引入新技术的可能性。
为突破制约硅基闪存技术的原理瓶颈，周鹏团队从源头出发，首次发现了双三角隧穿势垒超快电荷存储机理，并基于此原理建立了通用器件模型，设计并制备出同时具备三大要素的范德华异质结闪存，为在硅体系中开展应用指出了原则性的研发路径。
针对硅红外探测的困难，团队独辟蹊径，开创性地构筑了范德瓦尔斯单极势垒探测器得以看到“黑暗中的红光”，构建天然屏障以阻挡“有害的”噪声暗电流成分，同时又保障“有益的”信号光电流畅通无阻，在不削弱光响应的情况下有效抑制暗电流，提高探测器信噪比。
在发掘材料本质、拓展功能方面，基于晶圆级二维半导体材料，团队创新地构建了可用于乘法累加运算的新型架构，具有用于低功耗和高计算力的存算融合系统的巨大潜力；在电路晶圆级集成方面，提出了一种适合学术界探索的二维半导体集成电路工艺优化路线，展示了二维材料体系未来芯片的应用前景；针对具有重大需求的类脑神经形态技术，团队利用二维原子晶体的双极性固有特征，实现了单晶体管基非线性逻辑运算，为高性能低功耗智能系统的发展提供了新的技术途径，有望构建真正意义上的“电子大脑”。
传递薪火：科研书写报国情
除科研工作者的身份外，教师是周鹏最为看重的角色之一，为集成电路领域培养储备人才是他的初心。
周鹏教授
在学生的印象中，这位2021年“钟扬式”好老师“总是笑眯眯的”。微电子学院2017级直博生王水源说：“有问题，总是能得到周老师及时的指点与帮助，很安心。”
“在我看来，每位学生就像是一颗种子，教师要提供良好的土壤环境，根据学生的特质制定培养方案，也要适当‘放手’，让他们的主观能动性被充分激发。”在周鹏的悉心培育下，多名学生获国家奖学金、“复旦大学学术之星”等荣誉，多篇学生一作论文在核心刊物上发表。微电子学院2016级直博生陈华威毕业后入职华为从事新型芯片研发，对导师五年来的教诲仍印象深刻：“周老师鼓励我打破思维局限，充分尝试不同的可能性，他所展现出的严谨治学态度、逻辑思维方式让我受益匪浅。”
“周老师对我的影响是巨大的。”周鹏所招收首届学生刘春森说：“周老师常提到，硅在传统技术上积累了太多技术壁垒专利，我们要聚焦前沿独辟蹊径，采用新材料去实现技术突破，使得我国在集成电路基础制造上不用受制于人。这也促使我坚持在‘卡脖子’领域的研究道路上走下去，再走下去。”如今，刘春森在复旦大学芯片与系统前沿技术研究院任青年研究员，将这份学术报国“芯”接力传承。
“有理想、有情怀”是学生们提及周鹏时用的最多的词。“周老师常把‘为国科研’挂在嘴边，也以实际行动践行，通过言传身教，引导我们不断加深对这四个字的认识。”王水源说：“他指导我们，科研工作者更应该在技术最前端的黑暗中到不同方向去点燃微光，对接国家战略需求，为产业的前路铺设上温暖的灯塔和可靠的补给站。”秉持着这样的思路，他带领着团队不断拓展集成电路技术的无限空间。
周鹏课题组合影
创“芯”不止：大平台上写就大文章
立足集成电路领域，复旦大学是国内最早从事研究和发展微电子技术的单位之一。近些年来，根植于复旦的创新“基因”又在传承中不断深化、激活，2014年获批建立“国家集成电路人才国际培训（上海）基地”，2015年成为国家9所示范性微电子学院之一，2018年牵头组建的“国家集成电路创新中心”揭牌成立，2019年承担了“国家集成电路产教融合创新平台”项目，建设教育部创新大平台，2020年率先试点设立“集成电路科学与工程”一级学科……复旦大学集成电路学科持续集聚力量，不断增强硬实力，迈向新高度。
源头有了，创新的泉就“活”起来了。
“我们科研人员所要解决的，并不是渴了才去考虑用哪个杯子装水的问题，而是需要在喝完这杯水前，就着手筹谋下一杯水从哪里来。”以大平台为基石，以体制机制的升级为引擎，周鹏团队取得了一系列成果。“现在有了这么好的平台，这么好的资源，我们更应该抓住科研新机遇，把眼光放长远，力争做前沿集成电路技术从‘0’到‘1’的原始创新，为我国在科技强创新领域取得领先作出复旦贡献。”
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-021-01003-1
