各有關(guān)單位：
國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)已發(fā)布“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃2021年度項(xiàng)目指南，請(qǐng)申請(qǐng)人按項(xiàng)目指南中所述的要求和注意事項(xiàng)申請(qǐng)。
“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃面向芯片自主發(fā)展的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，以芯片的基礎(chǔ)問(wèn)題為核心，旨在發(fā)展后摩爾時(shí)代新器件和計(jì)算架構(gòu)，突破芯片算力瓶頸，促進(jìn)我國(guó)芯片研究水平的提升，支撐我國(guó)在芯片領(lǐng)域的發(fā)展與創(chuàng)新。
一、科學(xué)目標(biāo)
本重大研究計(jì)劃面向未來(lái)芯片算力問(wèn)題，聚焦芯片領(lǐng)域發(fā)展前沿，擬通過(guò)與信息、數(shù)理、工程材料、生命等多學(xué)科的交叉融合，在超低能耗信息處理新機(jī)理、載流子近似彈道輸運(yùn)新機(jī)理、具有高遷移率與高態(tài)密度的新材料、高密度集成新方法以及非馮計(jì)算新架構(gòu)等方面取得突破，研制出1fJ以下開(kāi)關(guān)能耗的超低功耗器件和超越硅基CMOS載流子輸運(yùn)速度極限的高性能器件，實(shí)現(xiàn)算力提升2個(gè)數(shù)量級(jí)以上的非馮?諾伊曼架構(gòu)芯片，發(fā)展變革型基礎(chǔ)器件、集成方法和計(jì)算架構(gòu)，培養(yǎng)一支有國(guó)際影響力的研究隊(duì)伍，提升我國(guó)在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際地位。
二、核心科學(xué)問(wèn)題
本計(jì)劃針對(duì)后摩爾時(shí)代芯片技術(shù)的算力瓶頸，圍繞以下三個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究：
（一）CMOS器件能耗邊界及突破機(jī)理。
需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：探尋CMOS器件進(jìn)行單次信息處理的能耗邊界，研究突破該邊界的新機(jī)理，實(shí)現(xiàn)超低能耗下數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸。
（二）突破硅基速度極限的器件機(jī)制。
需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：在探索同時(shí)具備載流子長(zhǎng)自由程和高態(tài)密度的新材料體系基礎(chǔ)上，研究近似彈道輸運(yùn)的器件機(jī)理，實(shí)現(xiàn)突破硅基載流子速度極限的高性能器件。
（三）超越經(jīng)典馮?諾依曼架構(gòu)能效的機(jī)制。
需要重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：探尋計(jì)算與存儲(chǔ)融合的機(jī)制與方法，并結(jié)合新型信息編碼范式，實(shí)現(xiàn)新型計(jì)算架構(gòu)，突破馮?諾依曼架構(gòu)的能效瓶頸。
三、2021年度重點(diǎn)資助研究方向
（一）培育項(xiàng)目。
圍繞上述科學(xué)問(wèn)題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2021年度擬資助探索性強(qiáng)、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的“培育項(xiàng)目”研究方向如下：
1. 超低功耗器件技術(shù)。
針對(duì)1fJ以下的開(kāi)關(guān)能耗目標(biāo)，研究超越CMOS的新原理邏輯、存儲(chǔ)、感知器件及其材料、集成技術(shù)；研究生物啟發(fā)新原理器件與功能單元。
2. 新材料新工藝技術(shù)。
研究高態(tài)密度長(zhǎng)自由程新材料及其異質(zhì)集成工藝；研究三維集成設(shè)計(jì)與工藝方法；研究高密度低延遲互連技術(shù)。
3. 新架構(gòu)與設(shè)計(jì)方法。
研究突破馮?諾伊曼能效瓶頸的新型計(jì)算架構(gòu)、存儲(chǔ)架構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法學(xué)。
（二）重點(diǎn)支持項(xiàng)目。
圍繞核心科學(xué)問(wèn)題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，2021年擬資助研究基礎(chǔ)較好、對(duì)總體目標(biāo)有較大貢獻(xiàn)的“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”研究方向如下：
1. 超低功耗新原理信息器件。
研究基于自旋-電荷轉(zhuǎn)換效應(yīng)的超低功耗存算一體器件，重點(diǎn)研究多物理場(chǎng)協(xié)同調(diào)控方法，基于CMOS兼容工藝實(shí)現(xiàn)存算一體器件與陣列集成。
2. 多感知融合新原理器件。
研究基于單一傳感層的多感知融合新原理器件，實(shí)現(xiàn)溫度、光電、輻射熱、壓力等至少四種典型傳感模態(tài)交叉融合。
3. 多層硅納米線生長(zhǎng)制備及器件集成技術(shù)。
研究多層硅納米線生長(zhǎng)制備方法及器件集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高密度堆疊納米線溝道陣列，基于生長(zhǎng)的硅納米線實(shí)現(xiàn)環(huán)繞柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管集成。
4. 存算一體系統(tǒng)的自動(dòng)化綜合理論和技術(shù)。
研究存算模式的抽象表示、存算架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)、存算模式抽象表示至存算架構(gòu)的自動(dòng)映射方法等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)存算電路綜合器、存算電路的動(dòng)態(tài)仿真器和CMOS混合仿真器。
5. 感算共融集成架構(gòu)和芯片。
研究支持多模態(tài)和多感知通道的“感算共融”持續(xù)感知架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)支持典型常開(kāi)型多模態(tài)（視、聽(tīng)、觸等）感知任務(wù)的感存算一體處理芯片。
6. 片上可塑概率計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。
研究基于概率脈沖編碼的新型非馮?諾伊曼計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可配置2種以上網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型及3種數(shù)據(jù)集推理驗(yàn)證的原型芯片。
7. 高性能CMOS基神經(jīng)調(diào)控生物芯片系統(tǒng)。
研究對(duì)大腦主要功能區(qū)完全覆蓋的大面積、高時(shí)空精度的柔性CMOS薄膜電極陣列及生物芯片集成方法，突破高精度的無(wú)線控制、反饋刺激的閉環(huán)系統(tǒng)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高能效的神經(jīng)信號(hào)收集、處理與實(shí)時(shí)低功耗的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
(三) 集成項(xiàng)目。
根據(jù)“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃實(shí)施方案，本年度擬遴選具有重大應(yīng)用價(jià)值和良好研究基礎(chǔ)的研究方向進(jìn)行集成資助，進(jìn)入總體科學(xué)目標(biāo)的集中攻關(guān)階段，具體研究方向如下：
1. 事件驅(qū)動(dòng)型超低功耗智能物聯(lián)網(wǎng)芯片。
面向物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用的低功耗、高能效需求，研究事件驅(qū)動(dòng)型智能物聯(lián)網(wǎng)芯片的體系架構(gòu)和電路拓?fù)洌鉀Q物聯(lián)網(wǎng)隨機(jī)稀疏事件場(chǎng)景下的有效算力低、有效能效低、長(zhǎng)時(shí)平均功耗高等問(wèn)題；研究高能效模擬信號(hào)鏈電路的理論和電路技術(shù)，發(fā)展高能效脈沖信號(hào)處理和智能推斷的方法，實(shí)現(xiàn)高有效算力比、高能效、超低長(zhǎng)時(shí)平均功耗的智能物聯(lián)網(wǎng)芯片及其演示系統(tǒng)，有效算力比高于80%，單次信息采集與計(jì)算操作的能耗小于100pW，長(zhǎng)時(shí)平均功耗低于1μW，在智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)取得典型的示范應(yīng)用。
2.基于新原理器件的存內(nèi)計(jì)算芯片。
面向邊緣端智能應(yīng)用場(chǎng)景的算力、高能效需求，研究面向模擬存內(nèi)計(jì)算的新原理材料、器件、電路和體系架構(gòu)，發(fā)展器件-電路-架構(gòu)-算法跨層次協(xié)同優(yōu)化策略，基于標(biāo)準(zhǔn)化CMOS大生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)單芯片權(quán)重規(guī)模大于16Mb，良率高于99.9%，具有1-8比特可變計(jì)算精度，單比特精度下算力超過(guò)4TOPS、算力能效超過(guò)100TOPS/W的模擬存內(nèi)計(jì)算芯片，取得具有重大影響的研究成果和典型的示范應(yīng)用。
四、項(xiàng)目遴選的基本原則
圍繞核心科學(xué)問(wèn)題，本重大研究計(jì)劃強(qiáng)調(diào)和鼓勵(lì)：
（一）緊密?chē)@核心科學(xué)問(wèn)題，鼓勵(lì)有價(jià)值的前沿探索和創(chuàng)新研究；
（二）優(yōu)先資助能解決芯片中的實(shí)際難題、具有應(yīng)用前景的研究項(xiàng)目；
（三）鼓勵(lì)多學(xué)科交叉研究；
（四）重點(diǎn)資助具有良好研究基礎(chǔ)和前期積累、對(duì)總體目標(biāo)有直接貢獻(xiàn)的研究項(xiàng)目。
五、2021年度資助計(jì)劃
2021年度擬資助培育項(xiàng)目10項(xiàng)左右，直接費(fèi)用的平均資助強(qiáng)度約為80萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為3年，培育項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)中研究期限應(yīng)填寫(xiě)“2022年1月1日－2024年12月31日”；擬資助重點(diǎn)支持項(xiàng)目6項(xiàng)左右，直接費(fèi)用的平均資助強(qiáng)度約為300萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為4年，重點(diǎn)支持項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)中研究期限應(yīng)填寫(xiě)“2022年1月1日－2025年12月31日”；擬資助集成項(xiàng)目2項(xiàng)左右，直接費(fèi)用的平均資助強(qiáng)度約為1500萬(wàn)元，資助期限為4年，集成項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)中研究期限應(yīng)填寫(xiě)“2022年1月1日－2025年12月31日”。
六、申請(qǐng)要求及注意事項(xiàng)
（一）申請(qǐng)條件。
本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)具備以下條件：
1. 具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；
2. 具有高級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱(chēng)）。
在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)位以及無(wú)工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請(qǐng)人進(jìn)行申請(qǐng)。
（二）限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定。
執(zhí)行《2021年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》“申請(qǐng)規(guī)定”中限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定的相關(guān)要求。
（三）申請(qǐng)注意事項(xiàng)。
申請(qǐng)人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項(xiàng)目指南、《2021年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》和《關(guān)于2021年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目申請(qǐng)與結(jié)題等有關(guān)事項(xiàng)的通告》中相關(guān)要求。
1. 本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)行無(wú)紙化申請(qǐng)。申請(qǐng)書(shū)提交日期為2021年3月15日16時(shí)之前。
（1）申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)信息系統(tǒng)）中重大研究計(jì)劃項(xiàng)目的填報(bào)說(shuō)明與撰寫(xiě)提綱要求在線填寫(xiě)和提交電子申請(qǐng)書(shū)及附件材料。
（2）本重大研究計(jì)劃旨在緊密?chē)@核心科學(xué)問(wèn)題，將對(duì)多學(xué)科相關(guān)研究進(jìn)行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢(shì)整合，成為一個(gè)項(xiàng)目集群。申請(qǐng)人應(yīng)根據(jù)本重大研究計(jì)劃擬解決的具體科學(xué)問(wèn)題和項(xiàng)目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項(xiàng)目名稱(chēng)、科學(xué)目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費(fèi)等。
（3）申請(qǐng)書(shū)中的資助類(lèi)別選擇“重大研究計(jì)劃”，亞類(lèi)說(shuō)明選擇“培育項(xiàng)目”或“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”或“集成項(xiàng)目”，附注說(shuō)明選擇“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”，根據(jù)申請(qǐng)的具體研究?jī)?nèi)容選擇相應(yīng)的申請(qǐng)代碼。
培育項(xiàng)目和重點(diǎn)支持項(xiàng)目的合作研究單位不得超過(guò)2個(gè)，集成項(xiàng)目合作研究單位不得超過(guò)4個(gè)。
（4）申請(qǐng)人在申請(qǐng)書(shū)“立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容”部分，應(yīng)當(dāng)首先明確說(shuō)明申請(qǐng)符合本項(xiàng)目指南中的重點(diǎn)資助研究方向，以及對(duì)解決本重大研究計(jì)劃核心科學(xué)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)本重大研究計(jì)劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。
如果申請(qǐng)人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計(jì)劃相關(guān)的其他科技計(jì)劃項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)在申請(qǐng)書(shū)正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請(qǐng)項(xiàng)目與其他相關(guān)項(xiàng)目的區(qū)別與聯(lián)系。
2. 依托單位應(yīng)當(dāng)按照要求完成依托單位承諾、組織申請(qǐng)以及審核申請(qǐng)材料等工作。
3. 其他注意事項(xiàng)。
(1) 為實(shí)現(xiàn)重大研究計(jì)劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計(jì)劃其他項(xiàng)目之間的相互支撐關(guān)系。
(2) 為加強(qiáng)項(xiàng)目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項(xiàng)目群的形成和多學(xué)科交叉與集成，本重大研究計(jì)劃將每年舉辦一次資助項(xiàng)目的年度學(xué)術(shù)交流會(huì)，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會(huì)。獲資助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計(jì)劃指導(dǎo)專(zhuān)家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。
（四）咨詢(xún)方式。
國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部四處
聯(lián)系電話(huà)：010-6232 7143
科技處計(jì)劃項(xiàng)目科聯(lián)系方式：8830 2962，[email protected]
科技處
2021年1月29日
