类脑芯片核心材料获突破

研究亮点： 1. 基于MoS2开发了一种基于浮栅场效应晶体管（FGFETs）的存储器中逻辑器件和电路。 2. 从材料的角度为类脑芯片的存算一体化提供了突破。  

       在过去50年，传统数字计算机的性能在不断提高。集成电路的技术进步一方面使得硬件变得越来越强大，另一方面也给寻求优化算法性能的系统架构师带来了挑战。下一代高性能、低功耗的计算机系统需要像大脑学习。  

       传统计算机依循冯·诺依曼架构设计，存储与计算功能分离。每进行一次运算，计算机都要在内存和CPU两个区域之间来回调用，大数据处理效率有待提高。除此之外，因为在存储与计算空间之间来回调用，芯片的能耗大部分转化为热量，既不利于设备的性能稳定，又不环保。   类脑芯片就不一样了，人脑中存储与计算功能是合二为一的。科学家们长期以来一直对大脑的计算能力着迷，大脑不仅具有难以置信的能效，而且由于其神经元和突触的架构，还拥有独特的信息处理性能。类脑芯片可以模拟人脑的复杂处理能力，启发了神经形态计算领域，一个使用大脑神经网络结构作为下一代计算机基础的研究领域。

       为了开发类脑芯片，大量的研究都集中于探索新的器件架构上。然而，适合于这种器件设计的材料开发仍然是一个巨大挑战。   有鉴于此，瑞士洛桑联邦理工学院Andras Kis等人将大面积MoS2作为有源沟道材料，开发了一种基于浮栅场效应晶体管（FGFETs）的存储器中逻辑器件和电路。  

图1. 内存器结构 以半导体MoS2为代表的原子层超薄二维材料具有独特的电学和力学性能 研究人员使用一种大晶粒、大面积金属-有机化学气相沉积（MOCVD）工艺来生长MoS2。基于此构建的FGFETs的电导可以精确且连续地调整，因此能够将它们用作可重新配置逻辑电路的构建单元。在可重新配置逻辑电路中，可以使用存储元件直接执行逻辑操作。   研究人员以可编程NOR门为演示对象，证明了该设计可以简单地扩展以实现更复杂的可编程逻辑和功能完整的操作集。  

图2. 逻辑存储器 总之，这项研究展示了原子层超薄半导体二维材料在下一代低功耗电子产品方面的巨大应用前景，为类脑芯片的开发提供了重要的材料基础。 参考文献： 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

原文标题：MoS2还能发Nature？类脑芯片核心材料获突破！

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