将原有集成电路上必须在两个独立晶体管中才能实现的逻辑功能，通过新的材料、新的逻辑做出新结构晶体管，使一个晶体管就能完成两项逻辑任务，从而降低功耗，增加集成度。这一由复旦大学团队发明的新结构晶体管，将为集成电路带来革新性变化。相关成果昨晚在线发表于国际学术期刊《自然·纳米技术》。
这一发现解决了如何用新材料、新原理和新架构继续延展摩尔定律的难题，突破了集成电路设计中冯诺依曼架构的限制，实现了电路逻辑结构从无到有的原始创新。“简言之，这一集成电路的设计思路就是让一个人干两个人的活，所有的事在一个办公室完成，这样就可大大提升效率，节省成本。”复旦大学微电子学院教授周鹏介绍说，这一项目的新原理、新结构对原子晶体材料有普适性。
新的逻辑架构可通过器件级存算一体路径破解数据传输阻塞瓶颈问题。在传统冯诺依曼架构下，计算和存储相互分离。“这就好比我们有两个房间，房间A专门用来计算数据，房间B用来存储数据，数据计算好后通过电子借由导线从房间A传输到房间B，这条导线就相当于连接两个房间的走廊。”周鹏解释道。
随着技术的发展，数据的计算速度越来越快，但存储速度和传输速度未能同步提升。而在课题组发明的新的存算一体、原位存储的物理架构中，只需“一个房间”就可实现计算加存储的功能。“房间”内分层工作，第一层负责计算，第二层负责存储，“就像两张纸摞在一起，数据的计算和存储只是在原地被相对抬高了一些而已”。计算层的沟道电流可以影响到存储层，从而摆脱传输环节，实现原位存储。
为实现这一目标，研究团队在材料上实现了突破。通过超薄、表面无悬挂键等硫化钼特性的充分发挥，课题组另辟蹊径实现集成电路逻辑结构上的革新，开拓了二维材料集成电路应用的新世界。
据周鹏介绍，团队对该工作的研究兴趣源于目前国家对集成电路的重大需求，以及学界业界对延展摩尔定律、降低集成电路成本的呼声。单晶体管逻辑结构若能得以推进、应用于规模化生产，将推动集成电路往更轻、更快、更小、功耗更低的方向发展。
这一成果依托复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，由该校微电子学院的周鹏、张卫、曾晓洋和计算机学院的姜育刚课题组联合完成。
