研究亮點(diǎn)： 1. 基于MoS2開(kāi)發(fā)了一種基于浮柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FGFETs）的存儲(chǔ)器中邏輯器件和電路。 2. 從材料的角度為類腦芯片的存算一體化提供了突破。

在過(guò)去50年，傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)的性能在不斷提高。集成電路的技術(shù)進(jìn)步一方面使得硬件變得越來(lái)越強(qiáng)大，另一方面也給尋求優(yōu)化算法性能的系統(tǒng)架構(gòu)師帶來(lái)了挑戰(zhàn)。下一代高性能、低功耗的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要像大腦學(xué)習(xí)。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)依循馮·諾依曼架構(gòu)設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)與計(jì)算功能分離。每進(jìn)行一次運(yùn)算，計(jì)算機(jī)都要在內(nèi)存和CPU兩個(gè)區(qū)域之間來(lái)回調(diào)用，大數(shù)據(jù)處理效率有待提高。除此之外，因?yàn)樵诖鎯?chǔ)與計(jì)算空間之間來(lái)回調(diào)用，芯片的能耗大部分轉(zhuǎn)化為熱量，既不利于設(shè)備的性能穩(wěn)定，又不環(huán)保。 類腦芯片就不一樣了，人腦中存儲(chǔ)與計(jì)算功能是合二為一的?？茖W(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直對(duì)大腦的計(jì)算能力著迷，大腦不僅具有難以置信的能效，而且由于其神經(jīng)元和突觸的架構(gòu)，還擁有獨(dú)特的信息處理性能。類腦芯片可以模擬人腦的復(fù)雜處理能力，啟發(fā)了神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域，一個(gè)使用大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為下一代計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的研究領(lǐng)域。

為了開(kāi)發(fā)類腦芯片，大量的研究都集中于探索新的器件架構(gòu)上。然而，適合于這種器件設(shè)計(jì)的材料開(kāi)發(fā)仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。 有鑒于此，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Andras Kis等人將大面積MoS2作為有源溝道材料，開(kāi)發(fā)了一種基于浮柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FGFETs）的存儲(chǔ)器中邏輯器件和電路。

圖1. 內(nèi)存器結(jié)構(gòu) 以半導(dǎo)體MoS2為代表的原子層超薄二維材料具有獨(dú)特的電學(xué)和力學(xué)性能 研究人員使用一種大晶粒、大面積金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）工藝來(lái)生長(zhǎng)MoS2?；诖藰?gòu)建的FGFETs的電導(dǎo)可以精確且連續(xù)地調(diào)整，因此能夠?qū)⑺鼈冇米骺芍匦屡渲眠壿嬰娐返臉?gòu)建單元。在可重新配置邏輯電路中，可以使用存儲(chǔ)元件直接執(zhí)行邏輯操作。 研究人員以可編程NOR門(mén)為演示對(duì)象，證明了該設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的可編程邏輯和功能完整的操作集。

圖2. 邏輯存儲(chǔ)器 總之，這項(xiàng)研究展示了原子層超薄半導(dǎo)體二維材料在下一代低功耗電子產(chǎn)品方面的巨大應(yīng)用前景，為類腦芯片的開(kāi)發(fā)提供了重要的材料基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)： Migliato Marega, G., Zhao, Y., Avsar, A. et al. Logic-in-memory based on an atomically thin semiconductor. Nature 587, 72–77 (2020) DOI：10.1038/s41586-020-2861-0 https://doi.org/10.1038/s41586-020-2861-0

原文標(biāo)題：MoS2還能發(fā)Nature？類腦芯片核心材料獲突破！

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