问题：从手机续航到数据中心电费，能耗已成为信息产业绕不开的硬约束。当前主流芯片体系多采用“计算—存储”分离架构，数据处理器与存储器之间频繁搬运，带来时间损耗与显著能耗；，人工智能大模型训练与推理需求快速增长，算力提升与能源消耗之间的矛盾更加突出。如何在保证性能的同时显著降低功耗，成为后摩尔时代器件与系统创新的关键命题。 原因：业界长期关注“存算一体”器件，希望将部分存储能力尽可能靠近计算单元，以减少数据搬运。其中，铁电晶体管因具备非易失特性（断电仍可保持信息）而备受期待，但在工程化上存在核心瓶颈：传统铁电晶体管往往需要较高操作电压才能可靠翻转极化状态。电压越高，能耗与发热越大，与低功耗需求相冲突，也限制了其在移动设备与大规模部署场景中的应用。 影响：北京大学电子学院邱晨光研究员—彭练矛院士团队在器件结构上实现突破，研制出新型“纳米栅超低功耗铁电晶体管”。团队将晶体管关键部件的栅结构缩小至约1纳米量级，在接近原子尺度的几何条件下形成更强的局域电场集中效应，使铁电层可在更低外加电压下实现可控切换与稳定写入。据团队披露，该器件可在约0.6伏工作电压下完成存储操作，低于部分先进工艺常见的工作电压水平；其开关能耗较国际已报道的先进水平降低约一个数量级；同时实现约125%的电压效率，突破了以往对铁电材料效率上限的传统认识。对应的成果日前在线发表于《科学·进展》。 从产业视角看，上述指标的意义不仅在于单个器件更省电，也在于为系统级节能提供新的“底层选项”。若该类器件深入实现阵列化并与工艺兼容，可望在移动终端延长续航，在物联网传感节点上减少更换电池频次，在可穿戴设备上提升使用便利性；在数据中心与云端算力场景中，也有望降低存储与计算环节的能耗与散热压力，缓解“高算力—高能耗”带来的成本约束。 对策：业内专家指出，从实验室原型走向规模应用仍需跨越多道关口。一是制造与良率挑战。1纳米量级结构对材料沉积、刻蚀、界面缺陷控制等提出更高要求，需要与现有半导体制造流程在可重复性、稳定性上进一步磨合。二是可靠性与寿命评估。铁电器件在长期写入循环、温度漂移、辐照与电噪声等条件下的保持特性与一致性，需要系统化验证。三是电路与架构协同。存算一体并非更换单个器件即可实现，还需与存储阵列设计、误差容忍算法、系统软件栈协同优化，形成“器件—电路—架构—应用”闭环。四是标准与生态建设。面向新型存算器件的测试方法、评价体系与接口规范，也需行业共同推进，以缩短从科研到工程的转化周期。 前景：全球半导体产业正加速从“单纯依赖制程微缩”转向“材料、器件与架构联合创新”。纳米栅铁电晶体管以更低电压驱动实现非易失存储与潜在的存算融合，为低功耗电子与高能效算力提供了新的技术路线。业内预计，随着先进工艺平台、三维集成与新型存储技术的发展，此类器件有望在边缘计算、端侧智能、低功耗传感网络以及部分专用加速芯片中率先探索应用，并为下一代高能效计算体系提供关键支撑。
在全球科技竞争更加聚焦底层创新的背景下，这项源自中国实验室的原始创新展示了基础研究的突破潜力，也为半导体产业打开了新的想象空间。当摩尔定律逼近物理边界，中国科学家正通过量子尺度的器件设计，探索后摩尔时代的计算新路径。该进展也提示人们：破解关键技术瓶颈，往往要依靠对基础科学“无人区”的长期投入与持续探索。