“后摩爾時代新器件基礎研究”重大研究計劃面向芯片自主發展的國家重大戰略需求，以芯片的基礎問題為核心，旨在發展后摩爾時代新器件和計算架構，突破芯片算力瓶頸，促進我國芯片研究水平的提升，支撐我國在芯片領域的發展與創新。

一、科學目標

本重大研究計劃面向未來芯片算力問題，聚焦芯片領域發展前沿，擬通過與信息、數理、工程材料、生命等多學科的交叉融合，在超低能耗信息處理新機理、載流子近似彈道輸運新機理、具有高遷移率與高態密度的新材料、高密度集成新方法以及非馮計算新架構等方面取得突破，研制出1fJ以下開關能耗的超低功耗器件和超越硅基CMOS載流子輸運速度極限的高性能器件，實現算力提升2個數量級以上的非馮?諾伊曼架構芯片，發展變革型基礎器件、集成方法和計算架構，培養一支有國際影響力的研究隊伍，提升我國在芯片領域的自主創新能力和國際地位。

二、核心科學問題

本計劃針對后摩爾時代芯片技術的算力瓶頸，圍繞以下三個核心科學問題展開研究：

(一)CMOS器件能耗邊界及突破機理。

重點解決以下關鍵問題：探尋CMOS器件進行單次信息處理的能耗邊界，研究突破該邊界的新機理，實現超低能耗下數據的計算、存儲和傳輸。

(二)突破硅基速度極限的器件機制。

重點解決以下關鍵問題：在探索同時具備載流子長自由程和高態密度的新材料體系基礎上，研究近似彈道輸運的器件機理，實現突破硅基載流子速度極限的高性能器件。

(三) 超越經典馮?諾依曼架構能效的機制。

重點解決以下關鍵問題：探尋計算與存儲融合的機制與方法，并結合新型信息編碼范式，實現新型計算架構，突破馮?諾依曼架構的能效瓶頸。　三、2020年度重點資助研究方向

本重大研究計劃2020年度重點資助以下研究方向：

(一)培育項目。

圍繞上述科學問題，以總體科學目標為牽引，2020年度擬資助探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好的“培育項目”，建議研究方向包括但不限于以下內容：

1.新材料與低功耗器件。

針對1fJ以下開關能耗目標，探索突破CMOS器件開關能耗瓶頸的新原理，實現超低功耗器件研制及器件新原理論證。重點研究影響器件開關能耗的新效應與新機制、與CMOS工藝兼容的材料和低功耗器件制備方法、器件模型以及電路-器件協同設計等。

2.新材料與高性能器件。

探尋適于硅基異質集成的新型半導體材料，研制具有超越硅基CMOS輸運能力的高性能器件，重點研究兼具高遷移率與高態密度的半導體材料、非經典電子態新材料及其高性能器件的輸運機制與制備工藝，并探索其面向CMOS異質集成的應用潛力。

3.生物啟發的新原理器件。

探索模擬生物神經細胞行為與功能的新機制、新材料，研制受生物啟發的新原理器件或者功能單元原型，重點關注器件的特性調控機理、規模化集成方法和尺寸縮小潛力等，鼓勵探索仿生器件的CMOS工藝兼容性以及脈沖神經信息處理方法。

4.存內計算新架構跨層次設計方法。

面向存內計算新架構，開展"應用-架構-器件"跨層次自動化設計工具的研究。重點構建跨層次的存內計算架構仿真平臺，開發存內計算指令的自動化編譯工具，研究指令到硬件的自動映射方法和工具。

(二)重點支持項目。

圍繞核心科學問題，以總體科學目標為牽引，2020年擬資助研究基礎較好、對總體目標有較大貢獻的“重點支持項目”，重點支持方向如下：

1.超低功耗新原理信息器件。

利用CMOS兼容工藝研制單比特邏輯功耗低于1fJ、特征尺寸小于100nm的新原理存算一體器件，同時實現非易失性信息存儲及ns量級高速讀寫。重點研究多物理場協同調控器件特性的方法，探索基于信息新載體實現超低功耗信息處理的新機制。

2.CMOS異質集成低功耗高性能器件。

針對硅基異質集成應用，探索適合低溫工藝的高遷移率超薄溝道材料，研制CMOS工藝兼容的低功耗高性能晶體管，0.5V源漏工作電壓下開態電流超過1mA/μm，同時開關比達到6個數量級以上，實現典型的CMOS原型電路。

3.高精度高能效神經形態新原理器件與網絡。

研究生物啟發的具備時空復雜信息處理能力的神經形態器件及神經網絡。重點研究基于材料新動力學特性的高精度、高能效信息處理的原理、方法、器件和集成技術，在多比特計算精度下，基于新器件實現峰值能效超過20TOPS/W的神經網絡計算架構。

4.高能效存內計算芯片。

探索提升計算能效的新機制，重點研究存內計算面臨的規則存儲與不規則計算矛盾問題，在此基礎上研制基于CMOS工藝的高能效存內計算芯片，開發高能效的數據計算、搬運與存儲電路拓撲及數字信號脈沖化結構。芯片在支持Alexnet、ResNet等大規模多層卷積神經網絡下峰值能效超過50TOPS/W。

四、項目遴選的基本原則

圍繞核心科學問題，本重大研究計劃強調和鼓勵：

(一)緊密圍繞核心科學問題，鼓勵有價值的前沿探索和創新研究。

(二)優先資助能解決芯片中的實際難題、具有應用前景的研究項目。

(三)鼓勵多學科交叉研究。

(四)重點資助具有良好研究基礎和前期積累、對總體目標有直接貢獻的研究項目。

五、2020年度資助計劃

2020年度擬資助培育項目10項左右，直接費用的平均資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2021年1月1日—2023年12月31日”;擬資助重點支持項目4項左右，直接費用的平均資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2021年1月1日—2024年12月31日”。

六、申請要求及注意事項

(一)申請條件。

本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：

1.具有承擔基礎研究課題的經歷;

2.具有高級專業技術職務(職稱)。

在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無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人進行申請。

(二)限項申請規定。

1.申請人同年只能申請1項重大研究計劃項目(其中：重大研究計劃項目中的集成項目和戰略研究項目除外);上一年度獲得重大研究計劃項目(不包括集成項目和戰略研究項目)資助的項目負責人，本年度不得作為申請人申請重大研究計劃項目。

2.申請和承擔項目總數的限制規定。

(1)具有高級專業技術職務(職稱)的人員，申請(包括申請人和主要參與者)和正在承擔(包括負責人和主要參與者)以下類型項目總數合計限為2項：面上項目、重點項目、重大項目、重大研究計劃項目(不包括集成項目和戰略研究項目)、聯合基金項目、青年科學基金項目、地區科學基金項目、青年科學基金項目、國家杰出青年科學基金項目、重點國際(地區)合作研究項目、直接費用大于?200?萬元/項的組織間國際(地區)合作研究項目(作為申請人申請和作為負責人承擔，作為主要參與者不限)、國家重大科研儀器研制項目(含承擔國家重大科研儀器設備研制專項項目)、基礎科學中心項目、資助期限超過?1?年的應急管理項目、原創探索計劃項目以及資助期限超過?1?年的專項項目[特殊說明的除外;應急管理項目中的局(室)委托任務及軟課題研究項目、專項項目中的科技活動項目除外]。

具有高級專業技術職務(職稱)的人員作為主要參與者正在承擔的 2019 年(含)以前批準資助的項目不計入申請和承擔總數范圍，2020 年(含)以后申請(包括申請人和主要參與者)和批準(包括負責人和主要參與者)項目計入申請和承擔總數范圍。

(2)不具有高級專業技術職務(職稱)人員申請和承擔項目總數：作為申請人申請和作為項目負責人正在承擔的項目數合計限為?1?項;在保證有足夠的時間和精力參與項目研究工作的前提下，作為主要參與者申請或者承擔各類型項目數量不限。晉升為高級專業技術職務(職稱)后，原來作為負責人正在承擔的項目計入申請和承擔項目總數范圍，原來作為主要參與者正在承擔的項目不計入。

3.計入申請和承擔項目總數的部分項目類型的特殊要求。

(1)青年科學基金項目和國家杰出青年科學基金項目申請時不計入申請和承擔總數范圍;正式接收申請到自然科學基金委作出資助與否決定之前，以及獲得資助后，計入申請和承擔總數范圍。

(2)基礎科學中心項目申請時不計入申請和承擔總數范圍;正式接收申請到自然科學基金委作出資助與否決定之前，以及獲得資助后，計入申請和承擔總數范圍。基礎科學中心項目負責人及主要參與者(骨干成員)在結題前不得作為申請人申請重大研究計劃項目。

(3)國家重大科研儀器研制項目(部門推薦)獲得資助后，項目負責人在準予結題前不得作為申請人申請重大研究計劃項目。

(4)原創探索計劃項目從預申請開始直到自然科學基金委作出資助與否決定之前，不計入申請和承擔總數范圍;獲資助后計入申請和承擔總數范圍。

(三)申請注意事項。

1.本重大研究計劃2020年度項目申請接收截止時間為2020年6月30日16時。本重大研究計劃項目申請采取無紙化申請。

2.項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下：

(1)申請人在填報申請書前，應當認真閱讀本項目指南和《2020年度國家自然科學基金項目指南》中的相關內容，不符合項目指南和相關要求的項目申請不予受理。

(2)本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，將對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

(3)申請人登錄科學基金網絡信息系統https://isisn.nsfc.gov.cn/(以下簡稱信息系統;沒有系統賬號的申請人請向依托單位基金管理聯系人申請開戶)，按照撰寫提綱及相關要求撰寫申請書。

(4)申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“后摩爾時代新器件基礎研究”，根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。

培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。

(5)申請人應當按照重大研究計劃申請書的撰寫提綱撰寫申請書，在“立項依據與研究內容”部分，需要首先說明本次申請符合指南中哪一個重點資助的研究方向。在論述部分，應明確提出假說，論述其科學意義和依據，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目標的貢獻。

申請書選題應符合本重大研究計劃的實施原則，具有明確的關鍵科學問題。申請書的內容應瞄準核心科學問題，突出有限目標，強調創新點與前沿基礎科學問題的研究。

如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系，應避免同一研究內容在不同資助機構申請的情況。

(6)申請人應當嚴格按照《國家自然科學基金資助項目資金管理辦法》《關于國家自然科學基金資助項目資金管理有關問題的補充通知》《關于國家自然科學基金資助項目資金管理的補充通知》《關于進一步完善科學基金項目和資金管理的通知》《國家自然科學基金項目預算表編制說明》的具體要求，堅持“目標相關性、政策相符性、經濟合理性”的基本原則，認真如實填寫《國家自然科學基金項目預算表(定額補助)》和《預算說明書(定額補助)》。多個單位共同承擔一個項目的，項目申請人和合作研究單位的參與者應當分別編制項目預算，經所在單位審核后，由申請人匯總編制。

(7)申請人完成申請書撰寫后，在線提交電子申請書及附件材料。申請材料中所需的附件材料(有關證明信、推薦信和其他特別說明要求提交的紙質材料原件)，全部以電子掃描件上傳。

3.依托單位應對本單位申請人所提交申請材料的真實性、完整性和合規性進行審核。具體要求如下：

(1)應在項目集中接收工作截止時間前(2020年6月30日16時)通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，無需報送紙質申請書。項目獲批準后，將申請書的紙質簽字蓋章頁裝訂在《資助項目計劃書》，一并提交。簽字蓋章的信息應與電子申請書嚴格保持一致。

(2)依托單位完成電子申請書及附件材料的逐項確認后，應于申請材料提交截止時間前通過信息系統上傳本單位科研誠信承諾書的電子掃描件(請在信息系統中下載模板，打印填寫后由法定代表人親筆簽字、依托單位加蓋公章)，無須提供紙質材料。

4.本重大研究計劃咨詢方式：

國家自然科學基金委員會信息科學部四處

聯系電話：010-62327143

(四)其他注意事項。

1.為實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定，項目執行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

2.為加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦1次資助項目的年度學術交流會，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動，并認真開展學術交流。