问题： 随着智能终端、物联网和大模型应用的快速发展，芯片能耗与续航之间的矛盾日益突出；移动设备需要更长的待机时间和更强的算力，而数据中心、车载计算和边缘计算则对功耗和散热提出了更高要求。目前主流计算架构中，计算单元和存储单元分离的设计导致数据频繁搬运，不仅造成时间延迟，还带来大量能量损耗，"能耗墙"已成为制约算力提升的主要瓶颈。 原因： 铁电晶体管因其非易失存储特性备受关注，它能在断电后保存信息，并有望实现"存算一体"的新型计算架构，从根本上减少数据搬运。但现有铁电晶体管存在明显缺陷：写入和翻转操作需要较高电压，导致功耗过大，与外部逻辑电路电压不匹配，必须额外进行电压转换和能量补偿，这限制了其在高效能芯片和便携设备中的应用。 影响： 邱晨光、彭练矛团队通过创新器件结构，成功解决了"低电压与可翻转性难以兼顾"的难题。他们将晶体管栅极长度缩小至1纳米级别，使电场在极小区域内高度集中，从而在更低电压下实现铁电极化的有效调控。实验表明，该器件能在0.6伏电压下完成数据存储和读取，工作电压低于多数主流芯片；其开关能耗比国际最好水平降低约10倍。更不容忽视的是，器件电压效率提升至125%，突破了理论极限，为超低功耗铁电器件的实现提供了新思路。有关成果已发表在《科学·进展》期刊。 对策： 要降低存储和计算的能耗，需要材料、器件和架构的协同创新。这项研究通过纳米级栅极结构增强局部电场，是器件工程领域的重要突破。但要实现实际应用，还需解决工艺一致性、器件可靠性、量产良率以及与现有CMOS工艺的集成等问题。同时，在"存算一体"应用中，还需优化电路设计和系统架构，减少外围电路损耗，形成完整的能效优势。 前景： 研究人员指出，这种超低功耗铁电晶体管一旦实现量产集成，将明显提高手机、可穿戴设备和物联网传感器的续航能力，并缓解自动驾驶、边缘计算和云端服务器等高负载场景的能耗压力。特别是在大模型训练需求持续增长的背景下，这类能在更低压下工作的新型器件，有望突破算力增长的能效瓶颈，推动更高能效的芯片和系统方案出现。
芯片技术的重大突破往往来自对物理极限的重新思考。从1纳米栅极到125%的电压效率，北京大学团队的这项成果揭示了微观世界中尚未开发的技术潜力。低功耗、高集成度和存算一体不仅是技术发展方向，更反映了信息时代对绿色高效计算的迫切需求。科学探索的意义，正是用实验室中的微小突破，为未来产业发展积蓄动力。